JP2004128784A - 無線端末用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で高利得な無線端末用アンテナ装置を得る。
【解決手段】この発明に係る無線端末用アンテナ装置は、箱体を成し回路基板を内蔵し使用者の手で握られる把持部３ａと把持部３ａから突出する突出部３ｂとを有する誘電体筐体３と、誘電体筐体３に内蔵され少なくとも突出部３ｂ内に延設され放射素子として動作する導電体１０と、誘電体筐体３の把持部３ａに設けられた導体片４と、導電体１０と導体片４との間で両者に電気的に接続する高周波電源５と備えている。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は携帯電話、携帯テレビ受像器等の携帯端末に搭載されるアンテナ装置であって、特に地導体に人体を利用するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末に搭載されるアンテナ装置は、一般に小型・軽量とされることが要求である。このような要求に応えて、従来、人体をアンテナとして利用する提案がされている。具体的には、例えばドアキーのホルダー内にアンテナ回路を設け、このアンテナ回路と使用者の手が接触する構造とし、人体をアンテナとして動作させる提案がされている（例えば、特許文献１参照）。一般に、アンテナの大きさが半波長以下の場合、その性能はアンテナの長さに比例する。そして、上述の特許文献１には、人体は１．５［ｍ］程度の長さを有するため数十［ＭＨｚ］程度の周波数から有効な放射素子として動作する旨が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−０４２４２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人体は高周波に対して非常に損失の大きい媒質であり人体からされる電波放射は小さい。上述の特許文献１の電波放射の動作は、実際には、人体からではなく回路基板上に誘起された電流によるものと考えられる。このような従来の携帯機器のアンテナ装置の動作環境を考えた場合、主な放射源である回路基板がほとんど手で覆われる形になるため、人体による損失が大きいという問題があった。上述の特許文献１のドアキーは手から突出する位置に配置されているが、これは回路基板と絶縁されているためドアキーには電流が流れることがなく放射素子として動作することはない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小形で高利得な無線端末用アンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無線端末用アンテナ装置は、箱体を成し回路基板を内蔵し使用者の手で握られる把持部と把持部から突出する突出部とを有する誘電体筐体と、誘電体筐体に内蔵され少なくとも突出部内に延設され放射素子として動作する導電体と、誘電体筐体の把持部に設けられた導体片と、導電体と導体片との間で両者に電気的に接続する高周波電源と備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の概略の斜視図である。図２は図１の携帯端末の分割斜視図である。図１及び２において、概略細長直方体状の携帯端末において、無線端末用アンテナ装置１００は、携帯端末の外部筐体を兼ねる誘電体筐体３と、この誘電体筐体に内蔵され放射素子として動作する導電体１０と、誘電体筐体３の表面に設けられた導体片４と、導電体１０と導体片４との間に設けられ両者に電気的に接続する高周波電源５を有する。
【０００８】
携帯端末は、細長長方形の回路基板１を内蔵している。回路基板１の一側面には全面にわたって地導体１ａが形成されている。この回路基板１は、概略直方体箱状のシールドケース２内に収納されている。シールドケース２は樹脂で作製され表面に金属がコーティングされている。このシールドケース２の寸法は１５０×４０×２０［ｍｍ］の大きさである。回路基板１は、このシールドケース２内の空間にほぼ全面にわたる面積を持って配置されている。回路基板１の一部である地導体１ａと回路基板１を覆うシールドケース２とは共同して上述の導電体１０を構成している。
【０００９】
このシールドケース２がさらに樹脂等の誘電体材料で作製された細長箱体の誘電体筐体３内に収納されている。誘電体筐体３の側方の下部表面に導体片４が貼付されている。導体片４の寸法は１０×１０［ｍｍ］の大きさである。この導体片４の大きさは、送受信する電波の電力を供給可能な最小の大きさでよい。導体片４の大きさを出来るだけ小さくすることにより、携帯端末の外観を損なうことがなくなる。導体片４は誘電体筐体３内部の配線を介してシールドケース２上に設けられた高周波電源５と電気的に接続されている。
【００１０】
本実施の形態の携帯端末は、通常の場合、使用者の手で握られて使用するものである。図３は携帯端末を手で握った様子を示す斜視図である。また、図４は携帯端末を他の持ち方で握った様子を示す斜視図である。本実施の形態の携帯端末は、図３、図４の握り方も含めてどのような握り方をしても誘電体筐体３の下端ら約１／２の部分を握って使うように設計されている。つまり、使用者が手で握る場所が特定されている。図３にて使用者の手２０で握られている部分が把持部３ａである。一方、図３の上部に薄墨で示した手で握られていない部分が突出部３ｂである。図４においては、親指２０ａと人差し指２０ｂで握られている部分が把持部３ａである。また、図４の中央の破線を境にして把持部３ａと反対の部分が突出部３ｂである。尚、把持部３ａと突出部３ｂとは、実際には線を引いたように厳密に分けられているものではない。把持部３ａを使用者が手で握ることにより、誘電体筐体３の表面に貼付された導体片４が手に接触し無線端末用アンテナ装置が動作する。
【００１１】
図４に示されるように、回路基板１の一側に設けられた地導体１ａは、誘電体筐体３の把持部３ａに収納された基本部１ａ−１と突出部３ｂに収納された突出部１ａ−２とに説明の為分かれているものとする。そして、地導体１ａとシールドケース２とからなる導電体１０も、把持部３ａに収納された基礎部１０ａと突出部３ｂに収納された突出部１０ｂとに説明の為分かれているものとする。
【００１２】
次に動作原理について説明する。本実施の形態のアンテナ装置１００は、モノポールアンテナとして動作する。一般に、モノポールアンテナは、放射素子、地導体、及び両者間の間に設置される高周波電源から構成される。本実施の形態のアンテナ装置１００においては、導電体１０の誘電体筐体３の突出部３ｂに収納された部分である突出部１０ｂが放射素子の動作を営む。一方、地導体は使用者の手が営む。尚、導電体１０の把持部３ａに収納された部分である基礎部１０ａは、使用者の手で覆われるので放射素子として動作しない。
【００１３】
導電体１０の全長は、送受信する電波の波長λに対してλ／４の電気長或いはそれ以上の電気長とされている。本実施の形態においては、導電体１０の全長は、上述したように約１５０［ｍｍ］である。また、本実施の形態の携帯端末の使用する電波は、波長６００［ｍｍ］、周波数５００［ＭＨｚ］である。従って、導電体１０の全長は、アンテナ装置が送受信する電波の波長λに対して、λ／４の電気長に相当する。
【００１４】
本実施の形態の定在波比特性（ＶＳＷＲ特性）を図５に示す。図５において、縦軸はアンテナ装置の定在波比を表し、横軸は送受信する電波の周波数を表す。図５では５００［ＭＨｚ］付近から上の周波数でＶＳＷＲ値が２以下の低い値となっており、５００［ＭＨｚ］付近からアンテナとして動作可能であることが確認できる。
【００１５】
本発明のアンテナ装置を搭載した携帯端末では、従来必要であったλ／４程度の長さの放射素子および地導体のうち、地導体は使用者の手が営むため不要となる。そのため、端末の小形化に寄与する。また、ＶＳＷＲ値が２以下の周波数は２．３ＧＨｚ以上にも及び、本アンテナ装置が広帯域特性を有することが確認できる。これは、本アンテナの放射素子である導電体１０が４０［ｍｍ］の幅を有しており、この広帯域特性は導電体１０が太いモノポールアンテナとして動作していることに起因する。モノポールアンテナは一般に太さとともに帯域が広がる。
【００１６】
一方、人体は損失が大きいため、放射素子である導電体１０はなるべく人体から離れたほうが利得が高くなる。つまり、放射素子である導電体１０は人体に覆われた部分からより突出したほうが利得が高くなる。そのため、導体片４を高周波電源３の下端に配置し、把持部３ａを小さくして突出部３ｂを大きくし、導電体１０の手で覆われた部分から突出する量を大きくすることで利得の向上を図ることができる。
【００１７】
図６は本実施の形態のアンテナ装置において、導電体１０の手で覆われた部分からの突出量と放射効率の関係を表したグラフである。図６において、縦軸は放射効率を表し、横軸は導電体１０の突出量を表す。放射効率とはこの場合、高周波電源３から供給された電力と空間に放射された全電力の比である。図６のデータは導電体１０の突出量が大きくなることにより高効率が実現できることを裏付けるものである。本実施の形態においては、図４に示される突出量（導電体１０の突出部３ｂに収納された部分）の長さは、３０［ｍｍ］とされている。これは、アンテナ装置が送受信する電波の波長λに対して、λ／２０の電気長に相当する。図６に照らし合わすと突出量３０［ｍｍ］の場合効率が約−１０．５［ｄＢ］であり、使用上差し支えのない大きさであることが確認できる。突出量が３０［ｍｍ］以上であれば、さらに良い効率を期待することができる。導電体１０の突出量を大きくする方策としてはより長い導電体１０を用いることが挙げられる。また、伸縮、または折りたたみ可能な導電体１０を用い、伸張した状態で携帯端末を使用することでも同様な効果が得られる。
【００１８】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、細長箱体を成し回路基板１を内蔵し使用者の手で握られる把持部３ａと把持部３ａから突出する突出部３ｂとを有する誘電体筐体３と、この誘電体筐体３に内蔵され少なくとも突出部３ｂ内に延設され放射素子として動作する導電体１０と、誘電体筐体３の把持部３ａの表面に設けられた導体片４と、導電体１０と導体片４との間で両者に電気的に接続する高周波電源３とを備えている。そのため、小形の無線端末用アンテナ装置とすることができる。
【００１９】
また、導電体１０の突出部３ａの内部に延設された部分の長さは、送受信する電波の波長λに対してλ／２０以上の電気長とされている。そのため、小型で高効率なアンテナ装置とすることができる。
【００２０】
さらにまた、導電体１０の全長は、送受信する電波の波長λに対してλ／４の電気長とされている。そのため、広帯域特性を有するアンテナ装置とすることができる。
【００２１】
また、導体片４は、誘電体筐体３の把持部３ａ表面に設けられているので、携帯端末の外観を損なうことなく、使用者の手を導体片４に容易に触れさせることができる。
【００２２】
実施の形態２．
本発明のアンテナ装置は、導体片４が手に接触することで動作する。そのため、誘電体筐体３において、使用者が握る把持部３ａは所定の場所に特定されなければならない。この特定に関しては、例えばこの実施の形態２により実現することができる。
【００２３】
図７はこの発明の実施の形態２の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の概略の断面図である。本実施の形態においては、把持部３ａの表面に指の形状に合致する凹部曲面１１が形成されている。凹部曲面１１は、ひとさし指２０ｂから小指２０ｅに対応して設けられた断面波形の部分（図７の右側）と、親指２０ａに対応した１個の断面半円状の凹み（図７の左側）からなる。そして、導体片１４は凹部曲面部１１の曲面に沿って設けられている。本実施の形態では、小指２０ｅに対応する部分の凹部に貼付されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２４】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、把持部３ａの表面に、指の形状に合致する凹部曲面１１が形成され、導体片１４はこの凹部曲面部１１の曲面に沿って設けられている。そのため、使用者が握る把持部３ａを所定の場所に特定することが出来るとともに、使用者の指が確実に導体片１４に触れこととなるので、装置の信頼性が向上する。さらに、導体片１４が凹部曲面部１１に沿った曲面形状にされているので、指と導体片１４の接触面積が拡大し電流の導通性が良くなり装置の信頼性がさらに向上する。
【００２５】
尚、本実施の形態の凹部曲面１１は、各々の指に対しそれぞれ１本の溝が形成されているが、溝は必ずしも各指毎に形成される必要はなく、手のひら全体が収まるようなさらに大きな溝が形成されもよい。
【００２６】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の無線端末用アンテナ装置を示す図７のＡ部分の拡大図である。本実施の形態においては、把持部３ａの表面に、指の形状に合致する凹部曲面１１が形成され、この凹部曲面１１に設けられた導体片２４は凹部曲面部１１に曲面に沿った形状とされ、さらに導体片２４の表面の中央に半球状の突起２４ａが立設されている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００２７】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、導体片２４の表面に突起２４ａが設けられている。そのため、突起２４ａと指との接触圧が高まり導通性が向上しアンテナの性能が安定する。
尚、本実施の形態の突起２４ａは、導体片２４の中央部に１個設けられているが、必要に応じて複数設けられてもよい。
【００２８】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４の無線端末用アンテナ装置を示す図７のＡ部分の拡大図である。本実施の形態においては、把持部３ａの表面に、指の形状に合致する凹部曲面１１が形成され、この凹部曲面１１に設けられた導体片３４は凹部曲面部１１に曲面に沿った形状とされ、導体片３４の表面に凹凸３４ａが設けられている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００２９】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、導体片３４の表面が凹凸形状とされている。そのため、突起３４ａと指との接触圧がさらに高まり導通性が向上しアンテナの性能が安定する。
【００３０】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末をホルダーに装着した様子を示す斜視図である。本実施の形態に係る携帯端末には専用のホルダー３０が用意されている。ホルダー３０は、携帯端末を携帯しないときに例えば机上に載置するため道具である。
【００３１】
ホルダー３０は、誘電体材料で作製され携帯端末を保持する為の枠状の保持枠１６と、保持枠１６の下端部に設けられた第二の導電体１７として機能する台座と、携帯端末がホルダー３０に装着されたとき、導体片４と第二の導電体１７とは電気的に接触するように設けられた接触端子１８とを有している。
【００３２】
次に動作原理について説明する。実施の形態１の無線端末を携帯テレビ受像器に適用する場合、この携帯テレビ受像器は、もちろん使用者に持たれて使用される場合が多いが、机上に置かれて使用されることもある。つまり、携帯テレビ受像器を机上に設置して番組を視聴する使用形態である。本実施の形態は、このような使用形態でも使うことを可能にしたものである。
【００３３】
実施の形態１では、使用者の手を地導体として用いていたが、本実施の形態においては、手が存在しない為、手の代替えとして別に地導体を設ける必要がある。そのため、ホルダー３０に地導体として動作する第二の導電体１７を設け、これを接触端子１８を介して導体片４に接続することで第二の導電体１７を地導体として動作させる。
【００３４】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、誘電体筐体３を収納するホルダー３０をさらに備え、ホルダー３０は導体片と電気的に接触する第二の導電体を有する。そのため、この無線端末用アンテナ装置が用いられた携帯端末は、携帯端末末が手で保持されていない場合でもアンテナ装置を動作させることが可能となる。
【００３５】
実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の斜視図である。本実施の形態に係る無線端末用アンテナ装置１２０は、誘電体筐体３に連結されたストラップ２２を有している。そしてこのストラップ２２の裏側表面に導体片としての線状導体４４が貼付されている。線状導体４４は、高周波電源５と電気的に接続されている。すなわち、線状導体４４は、実施の形態１の導体片４の代わりに設けられている。
【００３６】
次に動作原理について説明する。基本的な動作は実施の形態１と同様である。本実施の形態は、ストラップ２２の中に手を挿し入れて使用することを想定したものである。ストラップ２２の内側に貼付された線状導体４４が手と接触するため、線状導体４４は、実施の形態１の導体片４の役割をする。本実施の形態ではストラップ２２内に手を通すことで線状導体４４との導通が得られる。そのため、誘電体筐体３上において手で保持する位置が特定されなくてもアンテナ装置として動作することが出来る。さらにまた、このストラップ２２の長さが１００ｍｍ以上の長さがあれば、この線状導体４４は十分に地導体の機能を果たすことができ、人体が線状導体４４に接触していない状態でもアンテナとして動作することが出来る。
【００３７】
このような構成の無線端末用アンテナ装置においては、導体片として機能する線状導体４４は、誘電体筐体３に連結されたストラップ表面に設けられている。そのため、誘電体筐体３上において手で保持する位置が特定されなくてもアンテナ装置として動作することができる。
【００３８】
【発明の効果】
このように、本願発明の無線端末用アンテナ装置は、誘電体筐体の突出部内に延設され放射素子として動作する導電体と、把持部表面に設けられた導体片と、導電体と導体片とに電気的に接続する高周波電源とを有するので、小形な無線端末用アンテナ装置とすることができる。
また、導電体の突出部の内部に延設された部分の長さは、送受信する電波の波長λに対してλ／２０以上の電気長とされているので、小型で高効率なアンテナ装置とすることができる。
さらにまた、導電体の全長は、送受信する電波の波長λに対してλ／４の電気長とされている。そのため、広帯域特性を有するアンテナ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の概略の斜視図である。
【図２】図１の携帯端末の分割斜視図である。
【図３】図１の携帯端末を手で握った様子を示す斜視図である。
【図４】図１の携帯端末を他の持ち方で握った様子を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１の無線端末用アンテナ装置の定在波比特性図である。
【図６】実施の形態１の導電体の突出量と放射効率の関係を表したグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の概略の断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３の無線端末用アンテナ装置を示す図７のＡ部分の拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態４の無線端末用アンテナ装置を示す図７のＡ部分の拡大図である。
【図１０】この発明の実施の形態５の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末をホルダーに装着した様子を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態６の無線端末用アンテナ装置を搭載する携帯端末の斜視図である。
【符号の説明】
１　回路基板、１ａ　地導体（導電体）、２　シールドケース（導電体）、３誘電体筐体、３ａ　把持部、３ｂ　突出部、４　導体片、５　高周波電源、１０　導電体、１０ａ　基礎部、１０ｂ　突出部、１１　凹部曲面、１４，２４，３４　導体片、１６　保持枠、１７　第二の導電体、１８　接触端子、２２　ストラップ、３０　ホルダー、２４ａ　突起、３０　ホルダー、３４ａ　凹凸、４４　線状導体（導体片）、１００，１１０，１２０　無線端末用アンテナ装置。

Claims (10)

1. 箱体を成し回路基板を内蔵し使用者の手で握られる把持部と該把持部から突出する突出部とを有する誘電体筐体と、
   前記誘電体筐体に内蔵され少なくとも前記突出部内に延設され放射素子として動作する導電体と、
   前記誘電体筐体の前記把持部に設けられた導体片と、
   前記導電体と前記導体片との間で両者に電気的に接続する高周波電源と
   を備えたことを特徴とした無線端末用アンテナ装置。
2. 前記導電体の前記突出部の内部に延設された部分の長さは、送受信する電波の波長λに対してλ／２０以上の電気長である
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線端末用アンテナ装置。
3. 前記導電体の全長は、送受信する電波の波長λに対してλ／４以上の電気長である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線端末用アンテナ装置。
4. 前記導体片は、前記誘電体筐体の前記把持部表面に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。
5. 前記把持部の表面に、手又は指の形状に合致する凹部曲面が形成され、前記導体片は該凹部曲面部に曲面に沿って設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線端末用アンテナ装置。
6. 前記導体片の表面に突起が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。
7. 前記導体片の表面に凹凸が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。
8. 前記誘電体筐体を収納するホルダーをさらに備え、該ホルダーは前記導体片と電気的に接触する第二の導電体を有する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。
9. 前記導体片は、前記誘電体筐体に連結されたストラップの表面に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。
10. 前記導体片の大きさは、送受信する電波の電力を供給可能な最小の大きさである
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか記載の無線端末用アンテナ装置。

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