JP2004172764A - Speaker built-in antenna, mount structure for speaker built-in antenna, electronic apparatus, and mount method for speaker built-in antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機能と音響出力機能を搭載した携帯電話機,携帯情報端末,携帯型オーディオ機器,携帯型AVプレーヤなどの電子機器に利用可能なスピーカ一体型アンテナ、スピーカ一体型アンテナの実装構造、電子機器及びスピーカ一体型アンテナの実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の無線通信機能と音響出力機能を搭載した電子機器では、無線通信の電波を送受信するためのアンテナ及び音響出力のためのスピーカの両方が分離して搭載されていた。
また、特許文献1には、アンテナエレメントを電気絶縁性の振動体に実装したアンテナ兼用スピーカ装置が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−217633号公報(図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のアンテナ及びスピーカ又はレシーバを有する携帯電話機等の電子機器にあっては、以下のような問題点があった。
スピーカ、アンテナともに、空間に電波若しくは音波を出力する機能であるため、特性確保には、機器の特定の部位に搭載する必要がある。しかしながら、携帯型の小型電子機器では、表示部や操作部、使用上、手で遮らない場所を考慮すると、搭載部位が限られており、分離構造では、両者を最適な位置に搭載することが、難しかった。このため、性能を犠牲にして搭載する、若しくは、機器のサイズを大きくして搭載する必要があった。
【0005】
特許文献1に記載のアンテナ兼用スピーカは、絶縁体構成の振動体を有するスピーカの振動体面をアンテナ基板として用いるため、振動体が絶縁性である必要がある。また、アンテナエレメントは、音響信号と共に振動する構造であるため、このスピーカでは、スピーカの振動板の平面状にアンテナエレメントを実装して、アンテナエレメントからの電波がスピーカ振動方向の前後両方向に送受信されることになる。したがって、携帯型の小型電子機器に搭載する場合、アンテナの前面と背面のいずれに金属が接近しても、アンテナの送受信が妨げられアンテナ特性が劣化するため、電子機器のメイン基板上に接近して配置することができなかった。
【0006】
また、振動板を保護するために金属のネットや保護板が使えないという問題もあった。金属のネットや保護板が使えないので、金属と同等の強度を有する絶縁物の保護板で保護したり、保護板を不要にするために丈夫な非金属製の振動板が必要であったりしたため、コストやサイズが上昇していた。
【0007】
さらに、音響信号でアンテナエレメントが移動するため、高い周波数を利用した通信や、高速なデジタル信号での広帯域通信では、アンテナの中心周波数がずれてアンテナ利得が低下し、さらに、振動板の位置的な変化がフェージングとなって、無線通信が妨害される懸念もあった。
【0008】
コンカレントエンジニアリングによる開発の課題も生じている。アンテナの特性は、メイン基板の状況に大きく影響する。したがって、メイン基板上に整合回路を設けたり、アンテナ給電のための配線長を変更したりして、調整する必要がある。コンカレントエンジニアリングでは、メイン基板とアンテナ基板の両方を平行して開発し、通常、メイン基板の方が大規模ゆえに変更がききにくく、機器の開発スケジュール全体に影響する場合があった。
【0009】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、スピーカ及びアンテナの両方が必要とする容積を確保しつつ、両者の性能を維持したまま、機器のサイズを小さくすることができるスピーカ一体型アンテナ、スピーカ一体型アンテナの実装構造、電子機器及びスピーカ一体型アンテナの実装方法を提供することを目的とする。
【0010】
また、本発明は、振動板や振動板の保護に金属部品が使え、信頼性確保とコストダウンも実現可能で、かつコンカレントエンジニアリングにも対応できるスピーカ一体型アンテナ、スピーカ一体型アンテナの実装構造、電子機器及びスピーカ一体型アンテナの実装方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピーカ一体型アンテナは、一方の面に平板状の導電体を形成し、他方の面にスピーカを実装したアンテナ基板と、前記アンテナ基板と所定距離離れて配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成することを特徴としている。
【0012】
前記アンテナ基板と前記メイン基板は、所定距離離れて平行又は略平行に配置するものであってもよい。
前記アンテナ基板は、表面に平板状の導電体が形成され、裏面に電子部品が実装可能なプリント基板であることがより好ましい。
前記アンテナ基板の導電体及び前記メイン基板の導電体は、金属であることがより好ましい。
【0013】
また、より好ましい具体的な態様としては、前記アンテナ基板の平板状の導電体は、前記アンテナ基板の表面の全面に形成されているものである。
前記コネクタは、アンテナ給電コネクタとGNDコネクタであることがより好ましい。
また、より好ましい具体的な態様としては、前記アンテナ給電コネクタは、スピーカ給電コネクタを兼用するものである。
【0014】
さらに、前記アンテナ基板の裏面又は前記メイン基板に、アンテナ整合回路を実装するものであってもよい。
さらに、前記アンテナ基板の裏面又は前記メイン基板に、アンテナ送受信周波数の変更回路を実装するものであってもよい。
さらに、前記アンテナ基板の裏面又は前記メイン基板に、スピーカアンプ回路を実装するものであってもよい。
さらに、前記アンテナ基板に、音響振動素子を実装し、前記アンテナ基板を音響振動板として振動させるものであってもよい。
【0015】
また、本発明のスピーカ一体型アンテナの実装構造は、一方の面に平板状の導電体を形成し、他方の面にスピーカを実装したアンテナ基板と、前記アンテナ基板と所定距離離れて平行に配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナの実装構造であって、前記スピーカ及び、その他の実装部品を、前記アンテナ基板の裏面で、かつ前記メイン基板に面した側にのみ実装し、前記実装部品が外部へ露出することを防止することを特徴としている。
【0016】
また、本発明の電子機器は、アンテナ及びスピーカを有する電子機器において、一方の面に平板状の導電体を形成し、他方の面にスピーカを実装したアンテナ基板と、前記アンテナ基板と所定距離離れて配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナを、アンテナ及びスピーカとして搭載することを特徴としている。
【0017】
さらに、本発明のスピーカ一体型アンテナの実装方法は、一方の面に平板状の導電体を形成し、他方の面にスピーカを実装したアンテナ基板と、前記アンテナ基板と所定距離離れて平行に配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナの実装方法であって、前記スピーカは、スピーカ端子を有するスピーカユニットからなり、前記スピーカユニットを、前記プリント基板の裏面に実装するとともに、リフロー半田付けして前記アンテナ基板に一体化することを特徴としている。
また、前記アンテナ基板の平板状の導電体は、金属等の導電材料を、プリントして形成する、ペイントして形成する、又は、貼り付けて形成するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適なスピーカ一体型アンテナ、スピーカ一体型アンテナの実装構造、電子機器及びスピーカ一体型アンテナの実装方法の実施の形態について詳細に説明する。
【0019】
図1乃至図3は、本発明の実施の形態のスピーカ一体型アンテナの構成を示す図であり、図1は、その側面図、図2は、その組立工程を示す分解斜視図、図3は、そのアンテナ基板の斜視図である。また、図4は、スピーカ一体型アンテナが実装された電子機器の回路図、図5は、スピーカ一体型アンテナが実装された携帯情報端末の外観を示す斜視図である。
本実施の形態のスピーカ一体型アンテナが実装された電子機器として、PDA(Personal Digital Assistants)等の携帯情報端末に適用した例である。
【0020】
まず、図5において、1は、携帯情報端末(電子機器)であり、携帯情報端末1本体1aは、スピーカ一体型アンテナ10、操作のためのガイダンスや受信情報,画像やテキスト情報などの情報を表示するLCD表示部2、機能切り替え,動作決定等を行う機能キー,上下左右の方向に選択対象を移動させるカーソルキー,英数キーなどからなるキーボード3を備えて構成される。
【0021】
携帯情報端末1本体1a上部は、スピーカ一体型アンテナを収容するスピーカ・アンテナエリア4、本体1a中央部は、LCD表示部2等を備える表示エリア5、本体1a下部は、キーボード3等を備える操作エリア6である。
【0022】
スピーカ、アンテナともに、空間に電波若しくは音波を出力する機能であるため、特性確保には、機器の特定の部位に搭載する必要がある。また、LCD表示部2やキーボード3を使用する際に、手で遮らない場所を考慮する必要がある。そこで本実施の形態では、図5に示すように、スピーカ及びアンテナ共に、表示エリア5、及び操作エリア6から離れた、本体1a上部のスピーカ・アンテナエリア4にスピーカ一体型アンテナを搭載するようにする。このスピーカ・アンテナエリア4の大きさは、電子機器1の全体のサイズに大きく影響するため、なるべく、小さくすることが好ましい。
【0023】
図1乃至図3において、10はスピーカ一体型アンテナ、11はスピーカ一体型アンテナ10のアンテナ基板11、12はアンテナ基板11に実装されたスピーカユニット12である。
【0024】
アンテナ基板11は、図1に示すように給電コネクタ13及びGNDコネクタ14を介してメイン基板15上に接続されている。アンテナ基板11は、図1に示すように表面(一方の面)が全面ベタGND面11a(アンテナ基板の導電体)で、裏面(他方の面)が信号部品面11bで構成されている(図3参照)。
メイン基板15は、図1の断面図に示すように内層に全面ベタGND面15a(メイン基板の導電体)を有する3層構造となっている。
【0025】
このように、アンテナ基板11とメイン基板15とが分離して平行配置され、かつアンテナ基板11の全面ベタGND面11aは、所定の線路長を有する給電コネクタ13及びGNDコネクタ14を介してメイン基板15内層の全面ベタGND面15aに接続される。したがって、図1の側面図に示すように、アンテナ基板11の全面ベタGND面11aから給電コネクタ13及びGNDコネクタ14を介してメイン基板15内層の全面ベタGND面15aに至る金属導体部分は、板状逆Fアンテナや板状逆Lアンテナといった金属製アンテナのエレメント部20を構成する。ここで、上記板状とは、アンテナ基板11の全面ベタGND面11a、又はメイン基板15の全面ベタGND面15aの金属製アンテナ部分が板状であることを示し、上記逆F又は逆Lとは、側面から見たときに金属製アンテナエレメント部20が逆F字状又は逆L状になっていること示す。
【0026】
スピーカユニット12は、アンテナ基板11に実装されており、給電コネクタ13とGNDコネクタ14を通してメイン基板15から音声信号が給電される。アンテナ基板11には、図3に示すように、スピーカ用音穴16があけられており、アンテナ基板11の信号部品面11bには、スピーカ用パッド17、及びチップコンデンサ18が取り付けられている。また、アンテナ基板11の信号部品面11bと全面ベタGND面11aの間はスルーホール19が開孔されている。スピーカユニット12は、スピーカ用音穴16に面して設置され、スピーカ用パッド17に接続されて給電される。このスピーカ用パッド17がスピーカ端子に合わせて2つに分離され、一方のスピーカ用パッド17が給電コネクタ13に接続され、他方のスピーカ用パッド17がスルーホール19を介して全面ベタGND面11aに接続される。上記構成は、アンテナ給電とスピーカ給電を1本の線で供給するための給電分離回路17Aを構成する。
このように、板状逆Fアンテナや板状逆Lアンテナといった金属製アンテナエレメント部20にスピーカユニット12が実装される構成となっている。
【0027】
また、アンテナエレメント部20を、アンテナ基板11及びメイン基板15からなるプリント基板で実現することで、アンテナ給電とスピーカ給電を1本の線で供給するための給電分離回路17Aを実装したり、メイン基板15と接続するためのコネクタを実装している。すなわち、アンテナ給電とスピーカ給電を1本の線(給電コネクタ13)で供給するための給電分離回路17Aを実装したプリント基板を、金属製アンテナエレメント部20として利用し、また、メイン基板15と接続するためのGNDコネクタ14を実装したプリント基板を、金属製アンテナエレメント部20として利用する構成となっている。
上記スピーカ一体型アンテナ10が実装された携帯情報端末のアンテナ及びスピーカ部の回路例は、図4に示される。
【0028】
図4において、メイン基板15は、RF部21、インダクタL1,L2及びコンデンサC1からなる共振回路22、オーディオ信号を増幅するオーディオ用パワーICからなるオーディオアンプ23及びコンデンサC2,C3が設置されて構成される。また、メイン基板15は、給電コネクタ13及びGNGコネクタ14を通してアンテナ基板11に接続される。アンテナ基板11は、上述したようにスピーカ一体型アンテナ10アンテナエレメント部をプリント基板で実現したことに特徴があり、電気的には、給電コネクタ13及びコンデンサ18を介して接続されたアンテナ31と、給電コネクタ13とGNGコネクタ14間に接続されたスピーカ32とから構成される。
以下、上述のように構成されたスピーカ一体型アンテナ10の動作を説明する。
【0029】
まず、アンテナ動作について述べる。給電コネクタ13から信号部品面11bに給電された高周波信号が高周波コンデンサ18を経由し、スルーホール19によりアンテナ基板11の全面ベタGND面11aに接続される。また、当該接続点から、GND信号が、GNDコネクタ14を経由し、さらにメイン基板内層全面ベタGND15aを経由して、給電コネクタ13のメイン基板側付近まで配線されており、当該線路長に生じる電位差により、アンテナ基板11とサブ基板の間で電界が生じ、電磁波が空間に放出されるアンテナとして動作する。また、受信も反対の動作で、同様に動作する。
【0030】
次に、スピーカ動作について述べる。給電コネクタ13からスピーカユニット12に接続され、スピーカユニット12の反対の端子はアンテナ基板11に直接GNDとして接続されている。オーディオ信号は、高周波信号に比べて、十分に周波数が低いため、アンテナエレメント部であるアンテナ基板11の全面ベタGND面11aのどこに接続しても、GNDとして作用する。
次に、アンテナ基板11の組み立ては、図2の組立図と図3のアンテナ基板図を参照してアンテナ基板11の組み立てについて説明する。
【0031】
アンテナ基板11は、図3に示すように、スピーカ用音穴16があけられており、スピーカ用パッド17にて給電される。半田付けは、パッドにリフロー用の半田ペーストを印刷し、図2に示すように自動実装によりスピーカユニット12をアンテナ基板11の信号部品面11bに実装し、高温リフローで半田を溶かして、半田付けされる。この際、チップコンデンサ18、給電コネクタ13、及びGNDコネクタ14も同時に同じ面に実装することで、スピーカ一体型アンテナ10が完成する。
【0032】
また、メイン基板15とアンテナ基板11は、図2に示すように、アンテナ基板11がメイン基板15の上に給電コネクタ13により装着される。
スピーカ一体型アンテナ10が実装された携帯情報端末の動作について説明する。
【0033】
図4に示すように、RF部21及びオーディオアンプ23から出力された信号は、それぞれ、コンデンサC1,C2,C3及びインダクタL1,L2により合成される。これらの信号周波数は、大幅に異なるため、単純に、コンデンサでオーディオ信号をカット、インダクタで高周波信号をカットして合成することができる。しかし、オーディオ側は、インダクタで十分に高周波信号をカットしていても、高周波のGND電位が異なるため、オーディオアンプ23の入出力に、高周波信号が回り込んでしまう。このとき、RF部21の送信波が出力及び出力が停止するタイミングによるバーストノイズが発生するため、オーディオアンプ23の前後に、高周波的GNDを十分にとるためのコンデンサC2,C3が必要である。
【0034】
以上のように合成した高周波及びオーディオ信号は、同一の給電コネクタ13により、アンテナ基板11に給電される。アンテナ側は、コンデンサ18を経由して給電される。これは、オーディオ信号の低周波成分が、アンテナ給電によってGNDにショートしないために必要である。なお、スピーカによっては、オーディオラインがアンテナに影響する場合がある。この場合は、スピーカラインに、インダクタL3を直列挿入する必要がある。
【0035】
以上説明したように、本実施の形態に係るスピーカ一体型アンテナ10は、表面に全面ベタGND面11aを形成し、裏面の信号部品面11bにスピーカユニット12を実装したアンテナ基板11と、アンテナ基板11と所定距離離れて平行に配置され、全面ベタGND面15aを有するメイン基板15と、所定の線路長を有し、アンテナ基板11の全面ベタGND面11aとメイン基板15の全面ベタGND面15aとを接続する給電コネクタ13及びGNDコネクタ14とを備え、アンテナ基板11の全面ベタGND面11a、メイン基板15の全面ベタGND面15a及びGNDコネクタ14がアンテナのエレメント部20を構成するので、メイン基板15と分離構造の金属製アンテナ及びスピーカを有する電子機器において、板状逆Fアンテナや板状逆Lアンテナといった金属製アンテナのエレメント部20にスピーカユニット12を実装することができ、スピーカの背面容積を確保しつつ、アンテナ容積を確保することができる。
【0036】
アンテナ及びスピーカの性能確保には、それぞれ、ある程度の容積が必要となる。板状逆Fアンテナでは、アンテナと逆Fアンテナを実装するメイン基板15との間に高周波の電界が生じてアンテナとして動作する。したがって、逆Fアンテナの面積とメイン基板の間隔による体積が大きいほど、アンテナの性能である利得、帯域幅が向上する。
【0037】
さらに、スピーカユニット12をアンテナエレメントの一部としていて、かつ、逆Fアンテナは、メイン基板15の逆Fアンテナに面した部分をアンテナとして動作しているため、アンテナ送受信を遮る構造物が、原理的に発生しなくなる。
また、スピーカの性能も、スピーカの背面の体積が小さいと、振動板が十分に振動できないため、振動板の背面容積を確保する必要がある。
【0038】
したがって、逆Fアンテナの専有容積を、アンテナとスピーカの背面容積の両方として使用することで、両者の必要な体積を確保したまま一体化することが可能になる。
【0039】
本実施の形態では、スピーカ一体型アンテナ10のアンテナエレメント部20をプリント基板からなるアンテナ基板11により実現することで、アンテナ給電とスピーカ給電を1本の線で供給するための給電分離回路を実装したり、メイン基板と接続するためのコネクタを実装したり、アンテナ整合回路を実装したり、アンテナ送受信周波数の変更回路を実装したり、スピーカアンプ回路を実装することが容易になる。
【0040】
また、自動実装に対応したスピーカ端子を有するスピーカユニット12を、アンテナ基板11(プリント基板)に実装し、リフローによって半田付けして一体化する実装方法を用いることで、大量生産が可能となる。さらに、アンテナ基板11の実装部品を、アンテナ基板11のメイン基板15側に面した面に実装することで、これらの部品が、外部に露出しないため、無駄なスペースが発生しない。
【0041】
また、アンテナ基板11上に整合回路などが実装できるため、アンテナの開発をメイン基板15の設計・開発と平行して進めることが可能になり、最終の合わせ込み段階でもアンテナ側の変更で対応可能である。
【0042】
また、アンテナエレメント部20が振動しても、通信に差支えないような場合は、アンテナエレメント部20(例えば、アンテナ基板11)に、直接、音響振動素子を実装して、アンテナエレメント部20を音響振動板として、操作させることも可能である。この場合でも、アンテナ及びスピーカとして必要な容積を確保することができる。
【0043】
その他の実施の形態として、アンテナエレメント部を、基板ではなく、スピーカの振動板保護のための金属部品で構成する例や、図1のスピーカユニット12を音響振動素子に変更することで、アンテナ基板11を音響振動板として構成することも可能である。この例でも、図1と同様にメイン基板に平行に配置することで、スピーカとアンテナを一体で構成しつつ、アンテナの容積とスピーカの背面容積を共有した構造を持つことが可能である。
【0044】
なお、上記実施の形態に係るスピーカ一体型アンテナでは、PDA等の携帯情報端末に適用した例であるが、無線通信機能と音響出力機能を搭載した携帯電話機,携帯型オーディオ機器,携帯型AVプレーヤなどの電子機器に適用してもよく、例えば無線送受信機、TVの映像回路等の各種装置に適用できることは言うまでもない。
【0045】
また、上記実施の形態では、スピーカ一体型アンテナの名称を用いているが、これは説明の便宜上であり、例えばアンテナ兼用スピーカ、アンテナシステム、アンテナ製造方法等でもよく、また、通信装置等の一部に組み込まれたものであってもよい。
【0046】
さらに、上記スピーカ一体型アンテナの形状は、板状逆Fアンテナや板状逆Lアンテナ等どのような形状でもよく、スピーカ一体型アンテナ及び電子機器を構成するRF部、アンプ、給電分離回路等の種類、数などは上述した実施の形態に限られない。また、導電体は金属であることが好ましいが、他の導電材料でもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、スピーカ、アンテナの両方が必要とする容積を確保しつつ、両者の性能を維持したまま、スピーカ一体型のアンテナが実現でき、本スピーカ一体型のアンテナが適用される機器のサイズを小さくすることができる。
【0048】
この際、振動板にアンテナ素子を実装する従来技術と比較して、アンテナが固定されているためアンテナ素子が音響信号によって振動せず、また、アンテナ素子が面したメイン基板との間の高周波電界によりアンテナとして動作するため、アンテナ送受信の際に遮るものがなく、より高い周波数、より広帯域、より高効率が要求されるような、高速デジタルのワイヤレス通信用アンテナとして有効である。
【0049】
また、振動板や振動板の保護に金属部品が使えたり、スピーカを自動実装することで、信頼性確保と大量生産によるコストダウンを図ることができる。
さらに、メイン基板開発と、アンテナ開発が分離でき、今日の開発スピードが要求される状況下で、コンカレントエンジニアリングにも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のスピーカ一体型アンテナの構成を示す側面図である。
【図2】本実施の形態のスピーカ一体型アンテナの組立工程を示す分解斜視図である。
【図3】本実施の形態のスピーカ一体型アンテナのアンテナ基板の斜視図である。
【図4】本実施の形態のスピーカ一体型アンテナが実装された電子機器の回路図である。
【図5】本実施の形態のスピーカ一体型アンテナが実装された携帯情報端末の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 携帯情報端末(電子機器)
1a 本体
2 LCD表示部
3 キーボード
4 スピーカ・アンテナエリア
5 表示エリア
6 操作エリア
10 スピーカ一体型アンテナ
11 アンテナ基板
12 スピーカユニット
13 給電コネクタ
14 GNDコネクタ
11a 全面ベタGND面(アンテナ基板の導電体)
11b 信号部品面
15 メイン基板
15a 全面ベタGND面(メイン基板の導電体)
16 スピーカ用音穴
17 スピーカ用パッド
17A 給電分離回路
18 チップコンデンサ
19 スルーホール
20 アンテナエレメント部
21 RF部
22 共振回路
23 オーディオアンプ
31 アンテナ
32 スピーカ
L1,L2,L3 インダクタ
C1,C2,C3 コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a speaker-integrated antenna and a mounting structure of a speaker-integrated antenna that can be used in electronic devices such as a mobile phone, a portable information terminal, a portable audio device, and a portable AV player equipped with a wireless communication function and a sound output function. , An electronic device, and a method of mounting a speaker-integrated antenna.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a conventional electronic device having a wireless communication function and a sound output function, both an antenna for transmitting and receiving radio waves for wireless communication and a speaker for sound output are separately mounted.
Patent Document 1 discloses an antenna / loudspeaker device in which an antenna element is mounted on an electrically insulating vibrator.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-217633 A (FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional electronic device such as a mobile phone having an antenna and a speaker or a receiver has the following problems.
Since both the speaker and the antenna have a function of outputting radio waves or sound waves to the space, it is necessary to mount them on a specific portion of the device in order to ensure the characteristics. However, in the case of small portable electronic devices, the mounting area is limited in consideration of the display unit, the operation unit, and the place where they are not obstructed by hand. ,was difficult. For this reason, it is necessary to mount the device at the expense of performance or to increase the size of the device.
[0005]
In the speaker that also serves as an antenna described in Patent Literature 1, the vibrating body needs to be insulative because the vibrating body surface of a speaker having a vibrating body having an insulator configuration is used as an antenna substrate. In addition, since the antenna element has a structure that vibrates together with an acoustic signal, in this speaker, the antenna element is mounted on the plane of the diaphragm of the speaker, and radio waves from the antenna element are transmitted and received in both the front and rear directions of the speaker vibration direction. Will be. Therefore, when mounted on a portable small electronic device, even if metal approaches either the front or back of the antenna, the antenna transmission / reception is hindered and the antenna characteristics are degraded. Could not be placed.
[0006]
There is also a problem that a metal net or a protection plate cannot be used to protect the diaphragm. Because metal nets and protective plates cannot be used, they were protected with an insulating protective plate having the same strength as metal, or a strong non-metallic diaphragm was required to eliminate the need for a protective plate. , Costs and size were rising.
[0007]
Furthermore, since the antenna element moves with an acoustic signal, in communication using high frequencies or in wideband communication using high-speed digital signals, the center frequency of the antenna is shifted and the antenna gain is reduced. There has been a concern that such a change may cause fading and interrupt wireless communication.
[0008]
There are also issues of concurrent engineering development. The characteristics of the antenna greatly affect the situation of the main board. Therefore, it is necessary to provide a matching circuit on the main board or change the length of the wiring for feeding the antenna to make adjustment. In concurrent engineering, both the main board and the antenna board were developed in parallel, and the main board was usually harder to change because of its large scale, which sometimes affected the entire device development schedule.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to reduce the size of a device while maintaining the performance of both a speaker and an antenna while securing the required volume. An object of the present invention is to provide a speaker-integrated antenna, a mounting structure of the speaker-integrated antenna, an electronic device, and a mounting method of the speaker-integrated antenna.
[0010]
In addition, the present invention provides a speaker-integrated antenna, a speaker-integrated antenna mounting structure that can use metal parts to protect the diaphragm and the diaphragm, can ensure reliability and reduce costs, and can also support concurrent engineering. An object of the present invention is to provide a mounting method of an electronic device and a speaker-integrated antenna.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An antenna integrated with a speaker according to the present invention includes an antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface, and a flat conductor arranged at a predetermined distance from the antenna substrate. And a connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board, wherein the conductor of the antenna board, the conductor of the main board and the connector are It is characterized by constituting an element part.
[0012]
The antenna substrate and the main substrate may be arranged parallel or substantially parallel at a predetermined distance.
More preferably, the antenna substrate is a printed circuit board on which a flat conductor is formed on the front surface and electronic components can be mounted on the back surface.
More preferably, the conductor of the antenna board and the conductor of the main board are metal.
[0013]
In a more preferred specific embodiment, the flat conductor of the antenna substrate is formed on the entire surface of the antenna substrate.
More preferably, the connectors are an antenna feed connector and a GND connector.
Further, as a more preferable specific mode, the antenna power supply connector also serves as a speaker power supply connector.
[0014]
Further, an antenna matching circuit may be mounted on the back surface of the antenna substrate or on the main substrate.
Further, a circuit for changing an antenna transmission / reception frequency may be mounted on the back surface of the antenna substrate or on the main substrate.
Further, a speaker amplifier circuit may be mounted on the back surface of the antenna substrate or on the main substrate.
Further, an acoustic vibration element may be mounted on the antenna substrate, and the antenna substrate may vibrate as an acoustic diaphragm.
[0015]
The mounting structure of the speaker-integrated antenna according to the present invention includes an antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface, and is disposed in parallel with the antenna substrate at a predetermined distance. A main board having a flat conductor, and a connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board. The conductor of the antenna board, the conductor of the main board Wherein the body and the connector are a speaker-integrated antenna mounting structure in which the antenna constitutes an element part of the antenna, wherein the speaker and other mounting components are provided only on the rear surface of the antenna substrate and on the side facing the main substrate. It is characterized in that it is mounted to prevent the mounted component from being exposed to the outside.
[0016]
Further, the electronic device of the present invention is an electronic device having an antenna and a speaker, in which a flat conductor is formed on one surface and a speaker is mounted on the other surface, and the antenna substrate is separated from the antenna substrate by a predetermined distance. A main board having a plate-shaped conductor, and a connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board. The conductor of the antenna board, the main board Wherein the conductor and the connector form a speaker-integrated antenna in which the antenna constitutes an element part of the antenna.
[0017]
Further, in the mounting method of the speaker-integrated antenna according to the present invention, an antenna substrate in which a flat conductor is formed on one surface and a speaker is mounted on the other surface is disposed parallel to the antenna substrate at a predetermined distance. A main board having a flat conductor, and a connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board. The conductor of the antenna board, the conductor of the main board A method of mounting a speaker-integrated antenna in which a body and the connector constitute an element part of the antenna, wherein the speaker includes a speaker unit having a speaker terminal, and the speaker unit is mounted on a back surface of the printed circuit board. And reflow soldering to be integrated with the antenna substrate.
The flat conductor of the antenna substrate is formed by printing, painting, or pasting a conductive material such as metal.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a speaker-integrated antenna, a mounting structure of a speaker-integrated antenna, an electronic device, and a method of mounting a speaker-integrated antenna according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
1 to 3 are views showing the configuration of a speaker-integrated antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is an exploded perspective view showing an assembling process, and FIG. FIG. 3 is a perspective view of the antenna substrate. FIG. 4 is a circuit diagram of an electronic device on which the speaker-integrated antenna is mounted, and FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of a portable information terminal on which the speaker-integrated antenna is mounted.
This is an example in which the present invention is applied to a portable information terminal such as a PDA (Personal Digital Assistants) as an electronic device on which the speaker-integrated antenna of this embodiment is mounted.
[0020]
First, in FIG. 5, reference numeral 1 denotes a portable information terminal (electronic device), and a portable information terminal 1 main body 1a includes a speaker-integrated antenna 10, guidance for operation and reception information, and information such as images and text information. An
[0021]
The upper part of the main body 1a of the portable information terminal 1 is a speaker / antenna area 4 for accommodating a speaker-integrated antenna, the center part of the main body 1a is a display area 5 having an
[0022]
Since both the speaker and the antenna have a function of outputting radio waves or sound waves to the space, it is necessary to mount them on a specific portion of the device in order to ensure the characteristics. Also, when using the
[0023]
1 to 3, reference numeral 10 denotes a speaker integrated antenna, 11 denotes an antenna substrate 11 of the speaker integrated
[0024]
The antenna board 11 is connected to a main board 15 via a
The main substrate 15 has a three-layer structure having an entire solid GND surface 15a (conductor of the main substrate) in the inner layer as shown in the cross-sectional view of FIG.
[0025]
As described above, the antenna substrate 11 and the main substrate 15 are separated and arranged in parallel, and the entire solid GND surface 11a of the antenna substrate 11 is connected to the main substrate via the
[0026]
The
As described above, the
[0027]
In addition, by realizing the antenna element unit 20 with a printed circuit board including the antenna substrate 11 and the main substrate 15, the power
FIG. 4 shows an example of a circuit of an antenna and a speaker unit of a portable information terminal on which the speaker integrated antenna 10 is mounted.
[0028]
In FIG. 4, the main board 15 includes an
Hereinafter, the operation of the speaker-integrated antenna 10 configured as described above will be described.
[0029]
First, the operation of the antenna will be described. The high-frequency signal supplied from the
[0030]
Next, the speaker operation will be described. The
Next, assembling of the antenna substrate 11 will be described with reference to the assembly diagram of FIG. 2 and the antenna substrate diagram of FIG.
[0031]
The antenna substrate 11 has a speaker sound hole 16 as shown in FIG. Soldering is performed by printing a solder paste for reflow on a pad, mounting the
[0032]
The main board 15 and the antenna board 11 are mounted on the main board 15 by the
The operation of the portable information terminal equipped with the speaker integrated antenna 10 will be described.
[0033]
As shown in FIG. 4, signals output from the
[0034]
The high-frequency and audio signals synthesized as described above are fed to the antenna board 11 by the
[0035]
As described above, the speaker-integrated antenna 10 according to the present embodiment has the antenna substrate 11 in which the solid GND surface 11a is entirely formed on the front surface and the
[0036]
To secure the performance of the antenna and the speaker, a certain volume is required for each. The plate-shaped inverted-F antenna operates as an antenna by generating a high-frequency electric field between the antenna and the main board 15 on which the inverted-F antenna is mounted. Accordingly, as the volume of the inverted-F antenna increases due to the area between the main substrate and the antenna, the gain and bandwidth, which are the performance of the antenna, are improved.
[0037]
Furthermore, since the
Also, regarding the performance of the loudspeaker, if the volume on the back of the loudspeaker is small, the diaphragm cannot vibrate sufficiently, so it is necessary to secure the volume on the back of the diaphragm.
[0038]
Therefore, by using the occupied volume of the inverted-F antenna as both the rear volume of the antenna and the speaker, it is possible to integrate the two while maintaining the required volume of both.
[0039]
In the present embodiment, the antenna element portion 20 of the speaker-integrated antenna 10 is realized by the antenna substrate 11 formed of a printed circuit board, so that a power supply separation circuit for supplying the antenna power and the speaker power by one line is mounted. It is easy to mount a connector for connecting to a main board, mount an antenna matching circuit, mount a circuit for changing an antenna transmission / reception frequency, and mount a speaker amplifier circuit.
[0040]
In addition, mass production becomes possible by using a mounting method in which the
[0041]
In addition, since a matching circuit and the like can be mounted on the antenna substrate 11, it is possible to proceed with the development of the antenna in parallel with the design and development of the main substrate 15, and it is possible to cope with the final adjustment stage by changing the antenna side. It is.
[0042]
If the antenna element section 20 vibrates but does not interfere with communication, an acoustic vibration element is directly mounted on the antenna element section 20 (for example, the antenna substrate 11), and the antenna element section 20 is acoustically mounted. It can be operated as a diaphragm. Also in this case, it is possible to secure a volume necessary for the antenna and the speaker.
[0043]
As another embodiment, the antenna element portion is not formed of a substrate but made of a metal component for protecting a diaphragm of a speaker, or the
[0044]
Note that the speaker-integrated antenna according to the above embodiment is an example applied to a portable information terminal such as a PDA, but a mobile phone, a portable audio device, and a portable AV player equipped with a wireless communication function and a sound output function. It goes without saying that the present invention can be applied to various devices such as a wireless transceiver, a video circuit of a TV, and the like.
[0045]
Further, in the above embodiment, the name of the speaker-integrated antenna is used, but this is for convenience of description, and may be, for example, a speaker that also serves as an antenna, an antenna system, an antenna manufacturing method, or the like. It may be incorporated in a unit.
[0046]
Further, the shape of the speaker-integrated antenna may be any shape such as a plate-shaped inverted-F antenna and a plate-shaped inverted-L antenna. The type and number are not limited to the above-described embodiment. The conductor is preferably a metal, but may be another conductive material.
[0047]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a speaker-integrated antenna can be realized while maintaining the performance required for both the speaker and the antenna while securing the required volume. The size of a device to which the antenna of the present invention is applied can be reduced.
[0048]
At this time, the antenna element is not vibrated by the acoustic signal because the antenna is fixed, and the high-frequency electric field between the antenna element and the main substrate is different from the conventional technology in which the antenna element is mounted on the diaphragm. As a result, since the antenna operates as an antenna, it is effective as a high-speed digital wireless communication antenna that does not obstruct the transmission and reception of the antenna and requires higher frequency, wider band, and higher efficiency.
[0049]
In addition, metal parts can be used to protect the diaphragm or the diaphragm, or the speaker can be automatically mounted, so that reliability can be ensured and cost can be reduced by mass production.
Furthermore, the development of the main board and the development of the antenna can be separated, and under the situation where today's development speed is required, it is possible to cope with concurrent engineering.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a speaker-integrated antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an assembling process of the speaker-integrated antenna according to the present embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of an antenna substrate of the speaker-integrated antenna according to the present embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram of an electronic device in which the speaker-integrated antenna according to the present embodiment is mounted.
FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of a portable information terminal on which the speaker-integrated antenna according to the present embodiment is mounted.
[Explanation of symbols]
1 portable information terminals (electronic devices)
1a Body
2 LCD display
3 keyboard
4 Speaker / antenna area
5 Display area
6 Operation area
10 Speaker integrated antenna
11 Antenna board
12 Speaker unit
13 Power supply connector
14 GND connector
11a Solid GND surface (conductor of antenna board)
11b Signal component side
15 Main board
15a Solid GND surface (conductor of main board)
16 Sound hole for speaker
17 Speaker pad
17A power supply separation circuit
18 Chip capacitors
19 Through Hole
20 Antenna element
21 RF section
22 Resonant circuit
23 Audio Amplifier
31 antenna
32 speakers
L1, L2, L3 inductor
C1, C2, C3 capacitors
Claims (15)
前記アンテナ基板と所定距離離れて配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、
前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、
前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成することを特徴とするスピーカ一体型アンテナ。An antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface;
A main substrate having a flat conductor, which is disposed at a predetermined distance from the antenna substrate,
A connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board,
A conductor integrated with a speaker, wherein the conductor of the antenna substrate, the conductor of the main substrate, and the connector constitute an element portion of the antenna.
前記アンテナ基板と所定距離離れて平行に配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、
前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、
前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナの実装構造であって、
前記スピーカ及び、その他の実装部品を、前記アンテナ基板の裏面で、かつ前記メイン基板に面した側にのみ実装し、前記実装部品が外部へ露出することを防止することを特徴とするスピーカ一体型アンテナの実装構造。An antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface;
A main board having a flat conductor, which is disposed in parallel with the antenna board at a predetermined distance,
A connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board,
The conductor of the antenna board, the conductor of the main board and the connector is a mounting structure of a speaker integrated antenna constituting an antenna element portion,
The speaker and the other mounted components are mounted on the back surface of the antenna substrate and only on the side facing the main substrate, and the mounted components are prevented from being exposed to the outside. Antenna mounting structure.
一方の面に平板状の導電体を形成し、他方の面にスピーカを実装したアンテナ基板と、
前記アンテナ基板と所定距離離れて配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、
前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、
前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナを、アンテナ及びスピーカとして搭載することを特徴とする電子機器。In an electronic device having an antenna and a speaker,
An antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface;
A main substrate having a flat conductor, which is disposed at a predetermined distance from the antenna substrate,
A connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board,
An electronic device, comprising: a speaker integrated antenna in which the conductor of the antenna substrate, the conductor of the main substrate, and the connector constitute an element portion of the antenna as an antenna and a speaker.
前記アンテナ基板と所定距離離れて平行に配置され、平板状の導電体を有するメイン基板と、
前記アンテナ基板の導電体と前記メイン基板の導電体とを電気的に接続するコネクタとを備え、
前記アンテナ基板の導電体、前記メイン基板の導電体及び前記コネクタがアンテナのエレメント部を構成するスピーカ一体型アンテナの実装方法であって、
前記スピーカは、スピーカ端子を有するスピーカユニットからなり、
前記スピーカユニットを、前記プリント基板の裏面に実装するとともに、リフロー半田付けして前記アンテナ基板に一体化することを特徴とするスピーカ一体型アンテナの実装方法。An antenna substrate having a flat conductor formed on one surface and a speaker mounted on the other surface;
A main board having a flat conductor, which is disposed in parallel with the antenna board at a predetermined distance,
A connector for electrically connecting the conductor of the antenna board and the conductor of the main board,
A method for mounting a speaker-integrated antenna in which the conductor of the antenna substrate, the conductor of the main substrate, and the connector constitute an element portion of the antenna,
The speaker includes a speaker unit having a speaker terminal,
A method for mounting a speaker-integrated antenna, wherein the speaker unit is mounted on a back surface of the printed board, and is integrated with the antenna board by reflow soldering.
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