JP2004159172A

JP2004159172A - 携帯無線装置

Info

Publication number: JP2004159172A
Application number: JP2002323951A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kubota; 雅則久保田; Hideo Nakanishi; 英夫中西; Norifumi Akimoto; 典史秋元; Haruhiko Kakitsu; 晴彦垣津
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】使用者の手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ特性への影響を低減する。
【解決手段】筐体となる第１筐体１１と、下筐体となる第２筐体１２とがヒンジ部１３によって回動可能に連結されている。第１筐体１１の少なくとも前筐体１１ａの筐体本体と、ヒンジ部１３の少なくとも内部のヒンジ機構本体とは、マグネシウム等の金属材料、又は金属を含む材料による部材で構成されている。第２筐体１２に配設されたアンテナ部１８は、例えばヘリカルアンテナにより構成され、アンテナの電気長が無線部２４で送受信する無線通信帯域の波長λの１／４に対して０．６倍程度に短縮した、λ／４×約０．６に設定されている。第２筐体１２内の回路基板２１には、アンテナ部１８の共振周波数の整合を取るための整合回路２３が設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナを備えた携帯無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の携帯無線装置は、アンテナにより電磁波を放射したり受波することによって無線通信を行い、信号の送受信を行っている。このような携帯無線装置におけるアンテナの放射特性は、アンテナ形状、アンテナ長さ、インピーダンス等によるアンテナ自体の特性や、携帯無線装置におけるアンテナの設置位置等によって変化する。ここで、アンテナの設置位置については、周囲に可能な限り無線通信の障害となる物体の少ない位置、例えば、携帯無線装置の上端部に配設している場合が多い。このような設置位置をとることによって、アンテナの放射特性を良好にしている。
【０００３】
携帯無線装置のアンテナは、外部に露出させた構成の場合、小型化を図るために、アンテナ素子をコイル状に形成したヘリカルアンテナが多く用いられている。また、携帯電話機等では、収納時には先端部のヘリカルアンテナが機能し、伸長時には棒状のロッドアンテナとして機能する伸縮型のホイップアンテナが広く用いられている。このような携帯無線装置のアンテナとしては、従来、無線通信帯域の波長λに対してλ／４のアンテナを設け、装置の筐体を含めてλ／２のダイポールアンテナを構成するようにしたものが一般的である。
【０００４】
従来のアンテナを備えた携帯無線装置の構成例としては、アンテナと接続された第１の筐体と、携帯無線装置の使用時においてアンテナの側面に位置し金属又は金属を含む材料からなる第２の筐体とを有し、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを互いに接続した構成のものがある。この構成によれば、電磁波の放射時に第１の筐体に加えて第２の筐体にも電流が流れ、筐体に流れる電流が分散されるため、使用者が筐体を手で把持したときの電流分布の乱れが少なくなり、アンテナ利得の低下を軽減することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３３８０４号公報（段落０００５−００２３、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
携帯無線装置では、アンテナ特性において、使用者が筐体やアンテナ部を触ることによりアンテナ利得が低下するという問題点がある。これは、第１に、筐体やアンテナ部を人間の手で触ることにより、アンテナの整合ズレが発生し、無線部の入出力部でリターンロスが増加するため、無線信号特性が低下することに起因する。また、第２に、アンテナ部の放射部分に手を置くことで、電磁波の放射を遮蔽することにより、アンテナの放射特性を低下させることにも起因する。特に、ヘリカルアンテナを筐体より突出して設けたアンテナ部を有する構成の場合、アンテナ部は電磁波放射時の電流分布が高いため、アンテナ部に指を接触させることによって１０ｄＢ程度の利得低下が発生する場合があり、実使用上著しい障害となっていた。
【０００７】
上記の特許文献１の構成では、筐体を手で把持したときのアンテナ利得の低下を軽減することは可能であるが、アンテナ部に手や指が接触した場合のアンテナ利得の低下軽減については考慮されていない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、使用者の手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ特性への影響を低減することが可能な携帯無線装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る携帯無線装置は、第１筐体と、アンテナ部が配設された第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体とを回動可能に連結するヒンジ部とを備え、前記第１筐体及び前記ヒンジ部を金属、又は金属を含む材料により構成するとともに、前記アンテナ部におけるアンテナの電気長を無線通信帯域の波長λの１／４に対して０．４〜０．７倍程度に設定し、前記アンテナ部の前記無線通信帯域における整合を取る整合回路を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、筐体とアンテナ部とを含めた携帯無線装置ほぼ全体が電磁結合によりアンテナとして機能し、放射エネルギーのアンテナ部への集中が軽減されるため、携帯無線装置におけるアンテナの整合する共振周波数の帯域が拡大し、また、筐体の電磁波放射時の電流分布が拡散するようになる。このため、使用者の手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ特性への影響を低減することが可能となる。
【００１１】
また、好ましくは、前記アンテナ部におけるアンテナの電気長を前記無線通信帯域の波長λの１／４に対して０．６倍程度に設定したものとする。
【００１２】
上記構成により、使用者の手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ特性への影響をより低減することが可能となる。
【００１３】
また、好ましくは、前記第２筐体における回路のグランドと前記第１筐体とを前記ヒンジ部を介して導通接続したものとする。
【００１４】
上記構成により、第２筐体の回路のグランドと第１筐体とが電気抵抗が小さくて太い導通経路を持ったヒンジ部を通じて電気的に接続されるため、第１筐体と第２筐体とを合わせた携帯無線装置のグランドとして、広く強固で安定したグランドが形成されるようになる。これにより、アンテナ特性等の各種特性を向上することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る携帯無線装置の外観構成を示す斜視図である。本実施形態では、携帯無線装置の一例として、折畳型の携帯電話装置による構成例を説明する。
【００１６】
図１に示すように、携帯無線装置１０は、複数の筐体として、上筐体となる第１筐体１１と、下筐体となる第２筐体１２とを有し、これらの第１筐体１１及び第２筐体１２がヒンジ部１３によって回動可能に連結されて構成されている。これにより、２つの筐体１１，１２がヒンジ部１３において回動して開閉可能な、いわゆる折畳型の筐体が構成される。
【００１７】
第１筐体１１には、当該装置の動作状態や通信先情報、電子メール文章や画像等の取得情報など、各種情報を表示する表示部１４と、通話音声を出力する受話用のレシーバ部１５とが設けられている。第２筐体１２には、数字キーや文字キー、機能キーなどの各種操作キーによる操作部１６と、通話音声を入力する送話用のマイク部１７とが設けられている。また、第２筐体１２のヒンジ部１３側の端部には、ヘリカルアンテナ等により構成されたアンテナ部１８が突設されている。なお、図示しないが、第１筐体１１や第２筐体１２には、着信音等を出力するスピーカ部、画像を撮影するカメラ部、外部機器と接続するためのコネクタ部などが設けられる場合もある。
【００１８】
図２は本実施形態の携帯無線装置の要部構成を模式的に示した構成説明図、図３は本実施形態の携帯無線装置におけるアンテナ部周辺の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】
図２に示すように、第１筐体１１は、主表示部などが設けられる前筐体１１ａと、副表示部などが設けられる後筐体１１ｂとが係合されており、少なくとも前筐体１１ａの筐体本体がマグネシウム等の金属材料による部材で構成されている。なお、第１筐体１１の前筐体１１ａ等は、他の導電性を有する金属材料で形成されていてもよい。また、金属を含む材料であれば適宜用いて構成してもよい。さらに、後筐体１１ｂについても前筐体１１ａと同様に、マグネシウム等の金属材料、又は金属を含む材料による部材で構成してもよい。そして、第１筐体１１内の電子回路は、そのグランドが前筐体１１ａと電気的に接続されて導通することによって接地されている。
【００２０】
また、ヒンジ部１３は、少なくとも内部のヒンジ機構本体がマグネシウム等の金属材料、又は金属を含む材料による部材で構成され、前記第１筐体１１の前筐体１１ａと電気的に接続されて導通している。
【００２１】
第２筐体１２は、樹脂材料による部材で構成され、内部に無線部や制御部の回路を搭載した回路基板２１が配設されている。なお、第２筐体１２についても第１筐体１１と同様に、マグネシウム等の金属材料、又は金属を含む材料による部材で構成してもよい。回路基板２１は、ほぼ全面に設けられたグランドパターン２２を有しており、このグランドパターン２２がヒンジ部１３と電気的に接続されて導通している。また、回路基板２１には、第２筐体１２に配設されたアンテナ部１８の共振周波数の整合を取るためのインピーダンスマッチング等を行う整合回路２３が設けられ、整合回路２３の接地端がグランドパターン２２に接続されている。そして、整合回路２３の一端がアンテナ部１８のアンテナ素子と接続され、他端が回路基板２１上の無線部２４（図３参照）と接続されている。なお、整合回路２３や無線部２４については使用する周波数帯域や通信方式等に応じて適宜構成すればよい。
【００２２】
上記構造により、第２筐体１２のグランドパターン２２を含む回路のグランドは電気抵抗が小さくて太い導通経路を持ったヒンジ部１３を通じて第１筐体１１と電気的に接続される。したがって、第１筐体１１と第２筐体１２とを合わせた携帯無線装置１０のグランドとして、広く強固で安定したグランドが形成されている。
【００２３】
アンテナ部１８は、例えばヘリカルアンテナにより構成され、無線部２４で送受信する無線通信帯域の波長をλとしたときに、アンテナの電気長がλ／４より短く、λ／４に対し約６０％の長さ（λ／４×０．６）に設定されている。例えば、使用する無線通信帯域の周波数を８１０〜９６０ＭＨｚとし、この中央値８８５ＭＨｚに対応する波長λ≒０．３３９ｍとすると、アンテナ部１８の電気長Ｌをλ／４×０．６に設定した場合、Ｌ≒０．０５０８ｍとなる。実際には放射抵抗等を考慮してこれよりも若干短い値に設定する。上記アンテナ部１８単体では共振周波数が約１５００〜１６００ＭＨｚとなるが、整合回路２３によって本来の周波数帯域８１０〜９６０ＭＨｚに整合を取るようにする。そして、無線通信時には、アンテナ部１８及び整合回路２３と、第２筐体１２、ヒンジ部１３及び第１筐体１１とが電磁結合され、これらの筐体を含めて携帯無線装置１０全体においてλ／２のダイポールアンテナを構成するようになっている。
【００２４】
上記のようにアンテナ部１８を構成することにより、アンテナ特性の一つであるＶＳＷＲにおいて、広帯域の周波数特性が得られるようになる。これによって、使用者が第２筐体１２を把持したり、手や指で第１筐体１１及び第２筐体１２、さらにはアンテナ部１８を触れた場合であっても、アンテナ利得の低下を軽減することができる。
【００２５】
図４は本実施形態のアンテナによるアンテナ特性を示す特性図であり、図５は電気長をλ／４とした比較例のアンテナによるアンテナ特性を示す特性図である。図４及び図５において、（Ａ）は自由空間におけるＶＳＷＲの周波数特性を、（Ｂ）はアンテナに人体の手や指が接触した場合のＶＳＷＲの周波数特性をそれぞれ示している。これらのアンテナ特性は、設計用の各種パラメータを代入してシミュレーションを行った結果より得られたものである。
【００２６】
図４及び図５からわかるように、アンテナに人体の手や指が接触すると、整合する共振周波数が低い方に移動する。このため、使用する無線通信帯域の上限においてアンテナ特性の劣化が最も大きくなる。図中において、△は整合する周波数帯域の中心点（ＶＳＷＲの最小値の点）を示し、○は無線通信帯域の上限（９６０ＭＨｚ）におけるＶＳＷＲの値の点を示している。図４に示す本実施形態では、広帯域にわたってＶＳＷＲが小さいため、手や指が接触した場合でも９６０ＭＨｚにおけるアンテナ利得の低下が１．５ｄＢ程度であり、十分良好なアンテナ特性が得られる。一方、図５に示す比較例では、手や指が接触すると整合ズレによって９６０ＭＨｚにおけるアンテナ利得の低下が８〜１０ｄＢ程度となり、実使用上で支障が生じてしまう。
【００２７】
図６は本実施形態のアンテナによる電磁波放射時の電流分布を示す特性図、図７は電気長をλ／４とした比較例のアンテナによる電磁波放射時の電流分布を示す特性図である。図６及び図７では、電磁波放射時の携帯無線装置の筐体における等電流線ａ，ｂ，ｃ，ｄを示している。これらの電流分布は、サンプルの測定結果により得られたものである。
【００２８】
図６に示す本実施形態では、４００ｍＡ／ｍの高い電流分布の部分が無く、電流分布が分散しており、アンテナ部１８及びヒンジ部１３において電流分布にあまり差がない状態となっている。このため、人体の手や指の影響を受けにくい。一方、図７に示す比較例では、アンテナ部５８において４００ｍＡ／ｍの高い電流分布の部分があり、アンテナ部５８の近傍に電流分布が集中している。このため、アンテナ部５８に手や指が触れるとアンテナ特性が劣化してしまう。
【００２９】
なお、アンテナ部１８の電気長は、λ／４の約４０〜７０％、すなわちλ／４×（０．４〜０．７）とすれば、使用者の手や指の影響によるアンテナ利得の低下が少なく、実使用上十分なアンテナ特性が得られる。良好なアンテナ特性を得るには、λ／４×約０．６とするのがより好ましい。
【００３０】
上述したように、本実施形態の携帯無線装置１０では、ヒンジ部１３及び第１筐体１１をマグネシウム等の金属、又は金属を含む材料で構成し、また、アンテナ部１８のヘリカルアンテナの電気長をλ／４に対し０．６倍程度に短縮し、さらに、整合回路２３でアンテナ部１８の共振周波数の整合を取るように構成している。このようなアンテナ部及び筐体の構成により、従来はアンテナ部及びその周辺のヒンジ部から電磁波が多く放射していたのに比べて、本実施形態では電磁波放射時の電流分布が拡散し、筐体全体から電磁波が放射されるような放射特性が得られた。また、アンテナが整合する共振周波数の帯域が拡大し、アンテナ特性として無線通信帯域全体においてＶＳＷＲが小さい良好な周波数特性が得られた。その結果、使用者が筐体を手で把持したときの影響が低減され、アンテナ部やその周辺の筐体を手や指で触れた場合であってもアンテナ利得の低下などの特性劣化を大きく軽減することが可能となり、アンテナ特性の改善を図ることができた。またこの場合、通常使用時や自由空間でのアンテナ利得は従来と比べて低下せず、十分な利得を得ることができた。
【００３１】
上記効果の理由としては、第１に、筐体全体がアンテナとして機能し、Ｑが大きくなって図４に示したように整合する周波数帯域が広くなるため、人体の手や指で触れたときのアンテナの整合ズレが生じにくいことが考えられる。これにより、無線部の入出力部でのリターンロスが増加せず、アンテナ特性の劣化がほとんど発生しなくなる。また、第２に、筐体全体がアンテナとなることにより、電磁波放射時の電流分布が変化し、従来アンテナ部近傍に集中していたものが図６に示したように筐体全体に分散して分布するようになるため、アンテナの放射特性において人体の手による影響を受けにくいことが考えられる。これにより、たとえアンテナ部が手で覆われた場合でも他の筐体部分からも放射されるため、アンテナ利得の低下が発生しにくくなる。
【００３２】
このように本実施形態の構成によれば、筐体とアンテナ部とを含めた携帯無線装置ほぼ全体が電磁結合によりアンテナとして機能し、放射エネルギーのアンテナ部への集中が軽減される。このため、アンテナ周波数特性の広帯域化と電磁波放射時の電流分布の分散化（アンテナ放射特性の分散化）を図ることができ、使用者が筐体を手で把持した場合、特に手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ利得の低下を軽減でき、アンテナ特性への影響を低減することができる。
【００３３】
なお、本実施形態ではアンテナ部１８をヘリカルアンテナで構成しているが、アンテナの機能を有するものであれば、アンテナ部１８の態様はヘリカルアンテナに限定するものではない。たとえば、アンテナ部１８を筐体内蔵型アンテナで構成し、これをヒンジ部に配して実施してもよい。
【００３４】
図８は本実施形態の他の構成例におけるアンテナ部周辺の概略構成を示すブロック図である。
【００３５】
図８の構成例は、複数の周波数帯域において無線通信を行うデュアルバンド型の携帯無線装置に適用した例である。この例では、アンテナ部３１及び整合回路３２と複数の周波数帯域における送受信が可能な無線部３４との間に、切替回路３３を設け、無線通信帯域の切り替えを行うように構成している。例えば、１．５ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯とで切り替えて両帯域で無線通信が可能なように構成する。なお、アンテナ部３１、整合回路３２、切替回路３３、無線部３４については使用する周波数帯域や通信方式等に応じて適宜構成すればよい。
【００３６】
本実施形態では、アンテナ部３１及び筐体を上記の構成にすることによって、アンテナ部３１において整合する周波数帯域が拡大するため、整合回路３２の構成を簡素化でき、また、切替回路３３を用いて切り替えるだけで、整合回路３２及び切替回路３３によってそれぞれの無線通信帯域においてより適切な整合を取ることができる。
【００３７】
従来のデュアルバンド型の携帯無線装置のアンテナ構成では、切替回路を用いて無線通信帯域を切り替える場合、切替回路による整合は各無線通信帯域に対して個別に整合を取るよりも自由度が低いため、完全に整合を最適化することができない。このため、１つの周波数帯域において無線通信を行うシングルバンド型の携帯無線装置のように整合回路の自由度が高いものと比較して、アンテナ利得が劣化してしまう問題点があった。これに対し、本実施形態では、アンテナの広帯域化により、整合回路３２及び切替回路３３を用いて各無線通信帯域で適切な整合を取ることができるため、デュアルバンド型の携帯無線装置のアンテナ特性を向上させることができる。
【００３８】
また、上記デュアルバンド型の携帯無線装置の構成は、偏波特性が異なる２種の電波により無線通信を行うデュアルバンド型の携帯無線装置に適用することも可能である。例えば、基地局との間で送受信を行う地上波とＧＰＳ等から受信する衛星波との２種の電波を利用するデュアルバンド型の携帯無線装置の場合、要求されるアンテナ特性が非常に高い。そこで、上記構成を適用することによって、偏波特性が異なる２種の電波を利用して複数の周波数帯域で無線通信を行う携帯無線装置においても、アンテナ特性を向上させることができ、良好な無線通信が実施可能となる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得るものである。例えば、携帯電話装置以外に、無線通信機能を持った携帯情報端末装置などに本発明を適用することも可能である。また、装置の筐体の形状、アンテナ部の配設位置などは上記実施形態に限定されず、種々の変形例に応用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、使用者の手や指が筐体及びアンテナ部に接触した場合のアンテナ特性への影響を低減することが可能な携帯無線装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯無線装置の外観構成を示す斜視図
【図２】本実施形態の携帯無線装置の要部構成を模式的に示した構成説明図
【図３】本実施形態の携帯無線装置におけるアンテナ部周辺の概略構成を示すブロック図
【図４】本実施形態のアンテナによるアンテナ特性を示す特性図
【図５】電気長をλ／４とした比較例のアンテナによるアンテナ特性を示す特性図
【図６】本実施形態のアンテナによる電磁波放射時の電流分布を示す特性図
【図７】電気長をλ／４とした比較例のアンテナによる電磁波放射時の電流分布を示す特性図
【図８】本実施形態の他の構成例におけるアンテナ部周辺の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０携帯無線装置
１１第１筐体
１１ａ前筐体
１１ｂ後筐体
１２第２筐体
１３ヒンジ部
１４表示部
１６操作部
１８，３１アンテナ部１
２１回路基板
２２グランドパターン
２３，３２整合回路
２４，３４無線部
３３切替回路

Claims

第１筐体と、
アンテナ部が配設された第２筐体と、
前記第１筐体と前記第２筐体とを回動可能に連結するヒンジ部とを備え、
前記第１筐体及び前記ヒンジ部を金属、又は金属を含む材料により構成するとともに、前記アンテナ部におけるアンテナの電気長を無線通信帯域の波長λの１／４に対して０．４〜０．７倍程度に設定し、前記アンテナ部の前記無線通信帯域における整合を取る整合回路を設けたことを特徴とする携帯無線装置。
前記アンテナ部におけるアンテナの電気長を前記無線通信帯域の波長λの１／４に対して０．６倍程度に設定したことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線装置。
前記第２筐体における回路のグランドと前記第１筐体とを前記ヒンジ部を介して導通接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯無線装置。