JP3112815B2 - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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JP3112815B2
JP3112815B2 JP07250568A JP25056895A JP3112815B2 JP 3112815 B2 JP3112815 B2 JP 3112815B2 JP 07250568 A JP07250568 A JP 07250568A JP 25056895 A JP25056895 A JP 25056895A JP 3112815 B2 JP3112815 B2 JP 3112815B2
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光一 常川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ共振周波
数を切り替え可能にすることにより広い帯域のシステム
や2つ以上のシステムに適用することができるアンテナ
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】広帯域や2共振特性を得ようとする従来
のアンテナ装置は、例えば図9および図10に示すよう
なものがある。図9に示すアンテナ装置は、従来の平板
アンテナを広帯域化するために整合回路を給電点に接続
したものであり、同図において101は放射金属板、1
02は短絡金属板、103は地板、104は整合回路、
105は給電線である。このアンテナ装置は、アンテナ
のインピーダンス特性と逆の特性を有する整合回路10
4をコイル、コンデンサにより構成し、これを給電点1
06に接続することでアンテナのインピーダンス特性を
緩やかにして広帯域化を図っている。しかし、この場合
は整合回路104を構成するコイル、コンデンサなどが
抵抗成分を有するためアンテナ利得が低下する欠点があ
った。更に、この方法において2共振させるには更にコ
イル、コンデンサを多段に接続しなければならず、更に
アンテナ利得が低下した。
【0003】図10に示す従来のアンテナ装置は従来の
平板アンテナを広帯域化するために無給電放射板を設置
したもので、101〜105は前記の例と同一であり、
101’は無給電放射板である。この場合は無給電放射
板により新たな共振を作り、広帯域化、または2共振さ
せるものである。この場合は無給電放射板101’を設
置するため、アンテナ構造が複雑になるとともに、容積
が大きくなる欠点があった。更に、任意の共振を新たに
作ることは難しく、広帯域化、または2共振化に制限が
あった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置で
は平板アンテナを広帯域化するため、アンテナ利得が低
下したり、構造が複雑になるとともに、容積が大きくな
る欠点があった。
【0005】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、アンテナ共振周波数を切り替
え可能にすることにより広い帯域のシステムや2つ以上
のシステムに適用することができるアンテナ装置を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、地板とほぼ平行に間隔を
あけて設けられた放射金属板と、該放射金属板の周辺部
の一部とその直下の前記地板とを短絡すべく両者間に接
続された短絡金属板と、該短絡金属板の両側において所
定距離離隔した前記放射金属板の周辺上の2点とその直
下の前記地板の2点とでそれぞれ形成される第1および
第2の給電点と、前記第2の給電点の直下の前記地板側
に設けられ、第1および第2の接点および該第1および
第2の接点のいずれかに切り替え接続される切り替え接
点を備え、第2の接点が前記第2の給電点に接続されて
いる切り替えスイッチと、該切り替えスイッチの第1の
接点と前記第1の給電点との間に接続された所定の電気
長の線路と、前記切り替えスイッチの前記切り替え接点
に接続された給電線路とを有し、前記線路の電気長は、
前記第1の給電点を短絡し、前記第2の給電点を給電し
たときのアンテナ装置の共振波長をλhとした場合、λ
h/4の奇数倍であることを要旨とする。
【0007】請求項1記載の本発明では、給電線路の途
中に切り替えスイッチを設け、これを切り替えることに
より、広帯域特性を有し、広い帯域のシステムや2つ以
上のシステムに適用することが可能となる。
【0008】また、請求項2記載の本発明は、請求項1
記載の発明において、前記切り替えスイッチを外部信号
により制御する制御手段を有することを要旨とする。
【0009】請求項2記載の本発明では、切り替えスイ
ッチを外部信号により切り替え制御することにより広い
帯域のシステムや2つ以上のシステムに適用することが
可能となる。
【0010】更に、請求項3記載の本発明は、請求項1
または2記載の発明において、前記切り替えスイッチを
任意の場所に設置可能にすべく前記第2の給電点から前
記切り替えスイッチまでを接続する所定の電気長の他の
線路を有し、該他の線路の電気長は、前記第2の給電点
を開放し、第1の給電点を給電したときの本アンテナ装
置の共振波長をλLとした場合、λL/2の整数倍であ
ることを要旨とする。
【0011】請求項3記載の本発明では、切り替えスイ
ッチを任意の場所に設置しても広帯域なアンテナとして
動作することができ、広い帯域のシステムや2つ以上の
システムに適用することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。図1(a),(b)は、それ
ぞれ本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の構成
を示す斜視図および断面図である。同図において、1は
放射金属板、2は短絡金属板、3は地板、4は切り替え
スイッチ、5は電気長がSの線路、6は給電線路、7は
外部信号線、8は給電点A、9は給電点Bである。線路
5の電気長Sは、給電点A8を短絡し、給電点B9を給
電した時の本アンテナ装置の共振波長をλhとして、λ
h/4の奇数倍となっており、ここではS=λh/4と
してある。また、スイッチ4は地板3のアンテナと反対
側(裏)面に設置されている。このような構成とするこ
とにより、スイッチ4によってアンテナの共振周波数が
変化し、2つの共振を外部信号により切り替えて使用で
きるので、実質広帯域なアンテナとして動作する。また
スイッチ4は地板3の裏面に設置されているので、スイ
ッチ表面にアンテナ電流が流れることがなく、アンテナ
特性を劣化させることもない。
【0013】このことを確かめるために実験を行った。
実験を行ったアンテナの外形寸法を図2に示す。ここ
で、線路5の長さSは60mmとした。放射板1の先端
には約2pFのコンデンサ21を装着して周波数の調整
を行っているが、本アンテナ構成に特に関係するもので
はない。このアンテナについて、共振周波数の変化を図
3に示す。図3(a)はスイッチをb側に接続した場
合、図3(b)はスイッチをa側に接続した場合であ
る。このように、明らかにスイッチの切り替えで共振周
波数が約820MHzから約873MHzに変わること
がわかる。このことは、現在サービスされている移動通
信方式であるディジタル方式の携帯側の受信帯域(82
0MHz付近)とアナログ方式の携帯側の受信帯域(8
73MHz付近)を切り替えて使用できることになり、
両方のシステムにアクセスできる携帯端末用アンテナと
して十分使用できることを示している。
【0014】このように周波数が切り替えられる原理を
説明する。板状逆Fアンテナ等、短絡金属板2を有する
平板アンテナは、その短絡金属板2で電流を地板3に流
しているので、その放射板1との接続点が境界条件とな
ってアンテナ上電流分布が決定する。すなわち、このよ
うなアンテナでは短絡金属板2の位置やその形状を変化
させることにより共振周波数を変えられるのである。そ
こで、図1、図2のような構造としてスイッチの切り替
えで短絡金属板2の幅が変わるような工夫をした。図2
において、スイッチ4をa側とした場合(図3
(a))、点B(スイッチの接点b)では開放となり、
一方、電気長Sの線路5は単なる給電線路とし、点Aか
ら給電したようになり、本来のアンテナ共振周波数で動
作する。また、図2において、スイッチ4をb側とした
場合(図3(b))、スイッチ4の接点aでは開放とな
るが、電気長Sの線路を通して点Aに接続されているの
で、点Aから見た場合、電気長1/4波長の先端開放線
路が接続されているようになり、点Aでは短絡されてい
るように見える。この場合給電点はBである。このた
め、更に点Aで短絡点ができるので、短絡金属板2が広
くなったことと等価になり、共振周波数が高くなる。こ
のことを確かめるため、実験を行った。
【0015】図4はその結果で、図4(a)はA点に給
電線を接続し、B点を開放とした場合で、スイッチ4を
a側とした場合に対応し、図4(b)はA点に短絡線を
接続し、B点を給電点とした場合で、スイッチ4をb側
とした場合に対応する。図3と図4がほとんど一致して
いることは、明らかに上記で説明したような原理でこの
アンテナ装置が動作していることが確認されたことにな
る。本実験では切り替えスイッチ4として機械的なもの
で行ったが、これは電子的なスイッチであってもなんら
問題はなく、この場合はアンテナ外部から電子制御によ
り共振周波数が可変できることになる。
【0016】従って、本アンテナ装置は、アンテナ共振
周波数を切り替える機構を有し、これによって広帯域特
性を持つことがわかる。
【0017】図5は、本発明の第2の実施形態に係るア
ンテナ装置の構成を示す斜視図であり、同図に示すアン
テナ装置は、図1のアンテナ装置において線路5として
地板3上のマイクロストリップ線路5’を用いたもので
あり、その他の構成は図1と同じであり、同じ構成要素
には同じ符号が付されている。また、スイッチ4は地板
3のアンテナがある面(表面)に設置してある。この構
成をよりわかり易くするため、本アンテナを地板3の裏
から見た図と断面で切った図を図6に示した。ここで、
10は地板裏側の誘電体基板である。このように、線路
をマイクロストリップ線路5’として構成し、地板の裏
側に作ることにより、線路が量産性に優れたものとな
り、線路を構成する場所も取らないアンテナとなる。ま
た、スイッチ4を地板3の表面としてあるが、スイッチ
の外面が地板接続されているため、アンテナ電流を大き
く乱すことはない。この場合も全く動作は図1と同じで
あり、更にアンテナ容積も従来のものと全く変わらな
い。すなわち、このような構成とすることにより、従来
のものと全く同じ容積でありながら、広帯域なアンテナ
として動作する。
【0018】図7は、本発明の第3の実施形態に係るア
ンテナ装置の構成を示す斜視図であり、このアンテナ装
置は、アンテナとして片側短絡のマイクロストリップア
ンテナを用いたものであり、図1と同じ構成要素には同
じ符号が付されている。ここで、2’は片側短絡金属板
である。この場合も全く動作は第1の実施形態と同じ
で、スイッチ4の切り替える側により片側短絡金属板
2’の幅が変化して共振周波数を変えるものである。す
なわち、このような構成とすることにより、片側短絡マ
イクロストリップアンテナであっても広帯域なアンテナ
として動作する。
【0019】図8は本発明の第4の実施形態に係るアン
テナ装置の構成を示す斜視図であり、同図に示すアンテ
ナ装置は、片側短絡のマイクロストリップアンテナを用
いて、スイッチ4をアンテナから別の場所に置いた場合
の例である。ここで、1〜9は図1と同様であり、11
は第二の線路である。この場合は、スイッチb側に接続
された線路11の長さS2は、給電点Bを開放し、給電
点Aを給電した時の本アンテナ装置の共振波長をλLと
して、λL/2の整数倍である。線路5の長さSは、前
記実施形態と全く同様である。この場合は、スイッチ4
をa側にした場合、点Bから見て、1/2波長先端開放
線路が接続されているように見え、また、スイッチ4を
b側にした場合は、前記の実施形態と同様に、点Aから
見て、1/4波長先端開放線路が接続されているように
見える。これにより、スイッチ4をa側にした場合、点
Aから給電、点Bで開放となり、スイッチ4をb側にし
た場合は、点Aで短絡、点Bから給電となり、全く前記
実施形態と同様の状態となる。すなわち、この場合も全
く動作は図1と同じで、スイッチ4をアンテナから別の
場所に置いた場合であっても広帯域なアンテナとして動
作する。更に、この場合にはスイッチ4がアンテナより
離れているので、アンテナ放射特性へのスイッチの影響
は全くなく、スイッチはアンテナ給電線途中で通過損失
が生じるだけである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
給電線路の途中に切り替えスイッチを設け、これを切り
替えることにより、広帯域特性を有し、広い帯域のシス
テムや2つ以上のシステムに適用することが可能となる
とともに、またスイッチ表面にアンテナ電流が流れず、
比較的小さなスイッチの通過損失のみとなり、アンテナ
利得が高く、帯域が広い平板アンテナを提供することが
できる。
【0021】具体的には、従来の0.8GHz携帯機内
蔵アンテナと同じ容積(約3cc)で、0.8GHz
(ディジタル/アナログ)の2方式共用が可能となる。
また、本発明のアンテナ装置は、平板アンテナを有し、
広い帯域を必要とするような無線機全般、具体的には
0.8GHz(ディジタル/アナログ)の2方式共用携
帯機の内蔵アンテナとして適用可能である。
【0022】本発明によれば、切り替えスイッチを任意
の場所に設置しても広帯域なアンテナとして動作するこ
とができ、広い帯域のシステムや2つ以上のシステムに
適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置の
構成を示す斜視図および断面図である。
【図2】図1のアンテナ装置の特性を確認するために実
験を行ったアンテナ装置の外形寸法を示す斜視図であ
る。
【図3】図2の外形寸法を有する図1のアンテナ装置の
リターンロス特性を示すグラフである。
【図4】図1のアンテナ装置の原理確認のために行った
実験結果のリターンロス特性を示すグラフである。
【図5】本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置の
構成を示す斜視図である。
【図6】図5のアンテナ装置を裏側から見た構成および
断面を示す図である。
【図7】本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置の
構成を示す斜視図である。
【図8】本発明の第4の実施形態に係るアンテナ装置の
構成を示す斜視図である。
【図9】整合回路を給電点に接続して広帯域化を図った
従来の平板アンテナの構成を示す斜視図である。
【図10】無給電放射板を設けて広帯域化を図った従来
の平板アンテナの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 放射金属板 2 短絡金属板 3 地板 4 切り替えスイッチ 5 線路 6 給電線路 7 外部信号線 8 給電点A 9 給電点B
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−297627(JP,A) 特開 平7−30322(JP,A) 特開 平6−53732(JP,A) 特開 平2−126702(JP,A) 特開 昭63−62402(JP,A) 電子通信学会技術研究報告AP86−74 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/08 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地板とほぼ平行に間隔をあけて設けられ
    た放射金属板と、 該放射金属板の周辺部の一部とその直下の前記地板とを
    短絡すべく両者間に接続された短絡金属板と、 該短絡金属板の両側において所定距離離隔した前記放射
    金属板の周辺上の2点とその直下の前記地板の2点とで
    それぞれ形成される第1および第2の給電点と、 前記第2の給電点の直下の前記地板側に設けられ、第1
    および第2の接点および該第1および第2の接点のいず
    れかに切り替え接続される切り替え接点を備え、第2の
    接点が前記第2の給電点に接続されている切り替えスイ
    ッチと、 該切り替えスイッチの第1の接点と前記第1の給電点と
    の間に接続された所定の電気長の線路と、 前記切り替えスイッチの前記切り替え接点に接続された
    給電線路とを有し、 前記線路の電気長は、前記第1の給電点を短絡し、前記
    第2の給電点を給電したときのアンテナ装置の共振波長
    をλhとした場合、λh/4の奇数倍であることを特徴
    とするアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 前記切り替えスイッチを外部信号により
    制御する制御手段を有することを特徴とする請求項1記
    載のアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 前記切り替えスイッチを任意の場所に設
    置可能にすべく前記第2の給電点から前記切り替えスイ
    ッチまでを接続する所定の電気長の他の線路を有し、該
    他の線路の電気長は、前記第2の給電点を開放し、第1
    の給電点を給電したときの本アンテナ装置の共振波長を
    λLとした場合、λL/2の整数倍であることを特徴と
    する請求項1または2記載のアンテナ装置。
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