JP6922649B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの入力されたＲＦ信号を効率よく放射することが可能なアンテナ装置に関する。

一般に、ヘリカルアンテナとして知られる螺旋状に形成されたアンテナエレメントは、エレメントの長手方向に垂直な平面に対して効率よく電磁波を放射するノーマルモード、エレメントの長手方向に対して円偏波を放射する軸モードが存在する。また、螺旋状に形成されたアンテナエレメントは、ヘリカルアンテナとしてだけではなく、省スペースで電気長を稼ぐエレメントとして逆Ｆアンテナの一部などでも使用されている。

一般的に携帯電話用のホイップアンテナと先端に設置されたヘリカルアンテナとが、その装着状態によって同じ周波数を異なる長さで受信できることは良く知られているが、同様の構成でホイップ（モノポール）部とヘリカル部とを可変的に接続させる技術も知られている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１４２３４０号公報

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、可動部はヘリカル端部とホイップ端部とを接続した場合の最大電気長より短い範囲であり、最短ではホイップ部のみとなる範囲でしか可変範囲がないという不都合があった。また、電気長の変化の際に起こりうる整合状態の調整ができないという問題があった。さらに、棒状部分と螺旋部分との接触によるため、段階的にしか調整できないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、電気長の可変範囲が広く、さらに整合状態の調整も可能になるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、給電点に接続される給電部を基端に有し螺旋状の導体で形成された放射エレメント部材と、グランドに接続されるグランド接続部を有して前記放射エレメント部材の基端側に直接又は他の導体を介して嵌め込まれ螺旋状の導体で形成された接地エレメント部材と、軸線を同じくして前記放射エレメント部材の先端側に嵌め込まれて回動により前記放射エレメント部材の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材とを備えていることを特徴とする。

このアンテナ装置では、軸線を同じくして放射エレメント部材の先端側に嵌め込まれて回動により放射エレメント部材の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材を備えているので、長さ調整エレメント部材を放射エレメント部材に対して回動させることで、放射エレメントとなるヘリカル部分の長さを長さ調整エレメント部材の長さに対応した広い可変範囲で連続的に変化させて電気長を変えることができる。したがって、長さ調整エレメント部材を放射エレメント部材に対して軸線方向に連続的に移動可能であり、電気長の変化に伴って共振周波数を調整することができる。また、接続する接地エレメント部材と放射エレメント部材との距離を変えることで、グランド接続部と給電部との距離を変更でき、インピーダンスを調整することが可能である。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、少なくとも前記接地エレメント部材の基端側の螺旋部分に嵌め込まれて前記螺旋部分の隙間を埋める螺旋状の導体で形成されたインピーダンス調整エレメント部材を備えていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、少なくとも接地エレメント部材の先端側の螺旋部分に嵌め込まれて螺旋部分の隙間を埋める螺旋状の導体で形成されたインピーダンス調整エレメント部材を備えているので、インピーダンス調整エレメント部材により接地エレメント部材の螺旋部分の隙間を埋めると隣接する螺旋部分同士が接続され、給電部とグランド接続部との電気長が短くなると共に実質的に導体が太くなり、インピーダンスが低くなる。したがって、インピーダンス調整エレメント部材の嵌め込み範囲を調整することで、給電部とグランド接続部との間の電気長を変化させることができ、インピーダンスを調整することが可能である。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記長さ調整エレメント部材が、先端に向けて螺旋部分の半径が漸次大きく設定されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、長さ調整エレメント部材が、先端に向けて螺旋部分の半径が漸次大きく設定されているので、放射エレメント部材と長さ調整エレメント部材との嵌合部分がテーパー化した形状となり、長さの異なる電流経路が複数生じて、共振長が多様化され、広帯域化を図ることが可能になる。

第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記放射エレメント部材と軸線を同じくして前記接地エレメント部材の基端側に嵌め込まれた螺旋状の導体で形成された接地側伸長エレメント部材を備えていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、放射エレメント部材と軸線を同じくして接地エレメント部材の基端側に嵌め込まれた螺旋状の導体で形成された接地側伸長エレメント部材を備えているので、接地エレメント部が伸長され、２周波化が可能になる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記長さ調整エレメント部材が、絶縁性材料で被覆された導体で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、長さ調整エレメント部材が、絶縁性材料で被覆された導体で形成されているので、長さ調整エレメント部材が放射エレメント部材と静電結合し、スタブ付き多段ロッドアンテナ化することができ、多周波共用アンテナとすることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明のアンテナ装置によれば、軸線を同じくして放射エレメント部材の先端側に嵌め込まれて回動により放射エレメント部材の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材を備えているので、放射エレメントとなるヘリカル部分の長さを変化させて広い可変範囲で電気長を変えることができ、共振周波数を調整することができる。また、接続する接地エレメント部材と放射エレメント部材との距離を変えることで、グランド接続部と給電部との距離を変更でき、インピーダンスを調整することが可能である。
さらに、インピーダンス調整エレメント部材を備えることで、インピーダンス調整エレメント部材を回動させるだけで、給電部とグランド接続部との間の電気長を変化させることができ、インピーダンスを調整することが可能である。
したがって、本発明のアンテナ装置では、長さ調整エレメント部材を回動させるだけで共振周波数を調整可能であり、さらにインピーダンス調整エレメント部材を備えることでインピーダンスがより調整可能となり、共振周波数またはインピーダンスが不可変で形状があらかじめ固定化されているアンテナでの実装のし直し作業や、アンテナ外部回路での集中定数素子に整合回路なしに、調整が可能になる。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態において、アンテナ装置を示す分解斜視図である。 第１実施形態において、給電部とグランド接続部との距離が短い場合（ａ）と長い場合（ｂ）とのアンテナ装置を示す斜視図である。 第１実施形態において、給電部とグランド接続部との距離が短い場合（ａ）と長い場合（ｂ）とのアンテナ装置を示す正面図である。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 本発明に係るアンテナ装置の第４実施形態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１及び図２に示すように、給電点に接続される給電部２ａを基端に有し螺旋状の導体で形成された放射エレメント部材２と、グランドに接続されるグランド接続部３ａを有して放射エレメント部材２の基端側に直接又は他の導体を介して嵌め込まれ螺旋状の導体で形成された接地エレメント部材３と、軸線を同じくして放射エレメント部材２の先端側に嵌め込まれて回動により放射エレメント部材２の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材４とを備えている。

また、本実施形態のアンテナ装置１は、少なくとも接地エレメント部材３の先端側の螺旋部分に嵌め込まれて前記螺旋部分の隙間を埋める螺旋状の導体で形成されたインピーダンス調整エレメント部材５を備えている。
本実施形態では、インピーダンス調整エレメント部材５が接地エレメント部材３と放射エレメント部材２との両方に跨がって嵌め込まれている。

すなわち、インピーダンス調整エレメント部材５の先端側は、放射エレメント部材２の基端側の螺旋部分に嵌め込まれていると共に、インピーダンス調整エレメント部材５の基端側は、接地エレメント部材３の先端側の螺旋部分に嵌め込まれている。したがって、接地エレメント部材３は、インピーダンス調整エレメント部材５を介して放射エレメント部材２の基端に取り付けられている。このように、接地エレメント部材３とインピーダンス調整エレメント部材５と放射エレメント部材２と長さ調整エレメント部材４とを組み合わせた状態で、全体がヘリカル構造となっている。

上記給電部２ａは、放射エレメント部材２の螺旋部分から接線方向に直線状に延在していると共に、グランド接続部３ａは、接地エレメント部材３の螺旋部分から接線方向に直線状に延在している。
上記放射エレメント部材２、長さ調整エレメント部材４、接地エレメント部材３及びインピーダンス調整エレメント部材５は、いずれも被覆がされておらず同じ線径の銅線等の金属線材を互いに同一コイル径及び同一ピッチで螺旋状に巻回させたもので、互いに同じ軸線上に配されている。
なお、ヘリカル構造を構成する上記各部材は、互いの嵌め込みと巻回とが可能であれば、線径、導体線材の材料、螺旋部分のコイル径及びピッチは適宜設定可能である。

本実施形態のアンテナ装置１において共振周波数を調整する場合、放射エレメント部材２に嵌め込んだ長さ調整エレメント部材４を放射エレメント部材２の軸線に対して回動させると、螺旋部分に沿って移動し、軸線方向に移動、進退する。この際、給電部２ａから長さ調整エレメント部材４の先端までの導体長が変わることで、電気長が変わり、共振周波数を調整することができる。

また、本実施形態のアンテナ装置１においてインピーダンスを調整する場合、放射エレメント部材２の基端側と接地エレメント部材３の先端側とに嵌め込んだインピーダンス調整エレメント部材５を放射エレメント部材２の軸線に対して回動させると、螺旋部分に沿って移動し、軸線方向に移動、進退する。この際、インピーダンス調整エレメント部材５を接地エレメント部材３側に移動させると、図３の（ａ）及び図４の（ａ）に示すように、接地エレメント部材３における螺旋部分の隙間のうちインピーダンス調整エレメント部材５によって埋まる部分が長くなる。この状態では、給電部２ａからグランド接続部３ａまでの導体距離Ｌ１が短くなって、インピーダンスが低くなる。

逆に、インピーダンス調整エレメント部材５を放射エレメント部材２側に移動させると、図３の（ｂ）及び図４の（ｂ）に示すように、接地エレメント部材３における螺旋部分の隙間のうちインピーダンス調整エレメント部材５によって埋まる部分が短くなる。この状態では、給電部２ａからグランド接続部３ａまでの導体距離Ｌ２が長くなって、インピーダンスが高くなる。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、軸線を同じくして放射エレメント部材２の先端側に嵌め込まれて回動により放射エレメント部材２の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材４を備えているので、長さ調整エレメント部材４を放射エレメント部材２に対して回動させることで、放射エレメントとなるヘリカル部分の長さを長さ調整エレメント部材４の長さに対応した広い可変範囲で連続的に変化させて電気長を変えることができる。

したがって、長さ調整エレメント部材４を放射エレメント部材２に対して軸線方向に連続的に移動可能であり、電気長の変化に伴って共振周波数を調整することができる。また、接続する接地エレメント部材３と放射エレメント部材２との距離を変えることで、グランド接続部３ａと給電部２ａとの距離を変更でき、インピーダンスを調整することが可能である。

また、本実施形態のアンテナ装置１では、少なくとも接地エレメント部材３の先端側の螺旋部分に嵌め込まれて螺旋部分の隙間を埋める螺旋状の導体で形成されたインピーダンス調整エレメント部材５を備えているので、インピーダンス調整エレメント部材５により接地エレメント部材３の螺旋部分の隙間を埋めると隣接する螺旋部分同士が接続され、給電部２ａとグランド接続部３ａとの距離が短くなると共に実質的に導体が太くなり、インピーダンスが低くなる。したがって、インピーダンス調整エレメント部材５の嵌め込み範囲を調整することで、給電部２ａとグランド接続部３ａとの間の電気長を変化させることができ、インピーダンスを調整することが可能である。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２から第４実施形態について、図５から図７を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、長さ調整エレメント部材４が一定径で螺旋状に形成されているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図５に示すように、長さ調整エレメント部材２４が、先端に向けて螺旋部分の半径が漸次大きく設定されている点である。
すなわち、第２実施形態では、長さ調整エレメント部材２４の先端側が拡径されてテーパー形状となっている。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１では、長さ調整エレメント部材２４が、先端に向けて螺旋部分の半径が漸次大きく設定されているので、放射エレメント部材と長さ調整エレメント部材との嵌合部分がテーパー化した形状となり、長さの異なる電流経路が複数生じて、共振長が多様化され、広帯域化を図ることが可能になる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、接地エレメント部材３にはインピーダンス調整エレメント部材５だけが嵌め込まれているのに対し、第３実施形態のアンテナ装置３１では、図６に示すように、放射エレメント部材２と軸線を同じくして接地エレメント部材３の基端側に嵌め込まれた螺旋状の導体で形成された接地側伸長エレメント部材３６を備えている点である。

すなわち、第３実施形態では、接地側伸長エレメント部材３６により接地エレメント部材３の基端側が軸線方向に伸長した状態となっている。
このように、第３実施形態のアンテナ装置３１では、放射エレメント部材２と軸線を同じくして接地エレメント部材３の基端側に嵌め込まれた螺旋状の導体で形成された接地側伸長エレメント部材３６を備えているので、接地エレメント部が伸長され、２周波化が可能になる。

次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、長さ調整エレメント部材４がすべて剥き出しの導体であるのに対し、第４実施形態のアンテナ装置４１では、図７に示すように、長さ調整エレメント部材４４が、絶縁性材料で被覆された導体で形成されている点である。
すなわち、第４実施形態の長さ調整エレメント部材４４は、樹脂等で絶縁被覆された金属線材の導体である。

このように第４実施形態のアンテナ装置４１では、長さ調整エレメント部材４４が、絶縁性材料で被覆された導体で形成されているので、長さ調整エレメント部材４４が放射エレメント部材２と静電結合し、スタブ付き多段ロッドアンテナ化することができ、多周波共用アンテナとすることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

上記各実施形態では、一つの長さ調整エレメント部材を放射エレメント部材に取り付けているが、２以上の長さ調整エレメント部材を放射エレメント部材に連結して取り付けても構わない。
また、上記第１〜第３実施形態では、各エレメント部材において螺旋部分の導体がすべて剥き出しであるが、一部を絶縁性材料で被覆し、所定長さだけを剥き出しにすることで、調整範囲の可変域を増減させても構わない。

さらに、各エレメント部材の螺旋状導体を筒状の紙やフィルム等の絶縁性筒部の内周面や外周面に設け、各エレメント部材を筒化して互いの螺旋状導体を嵌め込んでも構わない。すなわち、内側に配されるエレメント部材は、絶縁性筒部の外周面に螺旋状導体を設けると共に、外側に配されるエレメント部材は、絶縁性筒部の内周面に螺旋状導体を設け、上記各実施形態と同様に互いの螺旋状導体を嵌め込んで互いに回動可能とする。この場合、タップ引き出し部位のみ絶縁性筒部に貫通孔をあけて通すことで、給電部やグランド接続部を形成する。

１，２１，３１…アンテナ装置、２，２４…放射エレメント部材、２ａ…給電部、３…接地エレメント部材、３ａ…グランド接続部、４…長さ調整エレメント部材、５…インピーダンス調整エレメント部材、３６…接地側伸長エレメント部材

Claims (5)

1. 給電点に接続される給電部を基端に有し螺旋状の導体で形成された放射エレメント部材と、
   グランドに接続されるグランド接続部を有して前記放射エレメント部材の基端側に直接又は他の導体を介して嵌め込まれ螺旋状の導体で形成された接地エレメント部材と、
   軸線を同じくして前記放射エレメント部材の先端側に嵌め込まれて回動により前記放射エレメント部材の軸線上を進退可能な螺旋状の導体で形成された長さ調整エレメント部材とを備えていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   少なくとも前記接地エレメント部材の先端側の螺旋部分に嵌め込まれて前記螺旋部分の隙間を埋める螺旋状の導体で形成されたインピーダンス調整エレメント部材を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記長さ調整エレメント部材が、先端に向けて螺旋部分の半径が漸次大きく設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記放射エレメント部材と軸線を同じくして前記接地エレメント部材の基端側に嵌め込まれた螺旋状の導体で形成された接地側伸長エレメント部材を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記長さ調整エレメント部材が、絶縁性材料で被覆された導体で形成されていることを特徴とするアンテナ装置。

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