JP2005027217A

JP2005027217A - 無線通信機

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Publication number: JP2005027217A
Application number: JP2003270338A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Okano; 好伸岡野
Original assignee: E LICENSE KK; License Kk E
Current assignee: E LICENSE KK; License Kk E
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP4130386B2

Abstract

【課題】人体への影響を少なくする。
【解決手段】アンテナ５を、通話時に使用するスピーカ、マイクの配置位置とは反対側の回路基板４に配置する。アンテナ５は、誘電体１１と、導体箔１２と、給電点１３と、短絡板１４と、からなる。このアンテナ５は、パッチアンテナを変形したものである。電流は、給電点１３に供給され、給電点１３から、短絡板１４を介して、導体箔１２に流れる。電流が導体箔１２に流れることによって、導体箔１２と回路基板４との間に電界が生じ、電界面と垂直方向に磁界が発生する。電磁波は、電界と磁界とは互いに誘導し合いながら大気中を伝播する。この電磁波は、回路基板４によって遮蔽され、さらに人体との距離が広がるため、人体への影響は低減される。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信機に関する。

従来より、携帯電話機のような無線通信機が普及している。このような無線通信機では、信号電波を送受信するためのアンテナが必要である。

また、小型化のため、基板にアンテナを配置した無線通信機もある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１２−２８６６３４号公報（第３−７頁、図１）

しかし、このような従来の無線通信機では、アンテナを基板に配置すると、アンテナが無線通信機の利用者の頭部に近づくため、通話時、人体に悪影響を及ぼすことになる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、人体への影響を少なくすることが可能な無線通信機を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る無線通信機は、
電磁波を放射するアンテナを備えた無線通信機において、
回路部品を搭載した回路基板が筐体内に内蔵され、
前記アンテナは、通話する者の音声を入出力する音声入出力部の配置位置とは反対側の前記回路基板上に配置されたものである。

前記アンテナは、
前記基板上に配置された誘電体と、
前記回路基板との間で電界を発生させるために、前記誘電体の表面に貼付された導体板と、
前記回路基板から前記導体板に電流を供給するための短絡板と、を備えたものであってもよい。

前記導体板は、流れる電流を分流し、分流した電流を再び合流させる間隙を設けたものであってもよい。

前記導体板は、反射損失を低下させるための切り欠き部を備えたものであってもよい。

前記導体板は、前記間隙によって分流した電流の流れを調整するためのスリットを設けたものであってもよい。

前記誘電体は、矩形のものからなり、
前記導体箔は、前記誘電体の縁に沿って折り曲げて形成されたものであってもよい。

本発明によれば、人体への影響を少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る無線通信機を図面を参照して説明する。
尚、以下の実施例では、無線通信機として携帯電話機について説明する。

実施例１に係る携帯電話機１の構成を図１、２に示す。

実施例１に係る携帯電話機１は、図１に示すように、上部筐体２ａと下部筐体２ｂとからなる２つ折りタイプのものである。

上部筐体２ａの前面パネルには、図２に示すように、スピーカ２ｃと、液晶ディスプレイ２ｄと、が配置され、下部筐体２ｂの前面パネルには、複数のプッシュボタンが配置されたボタン操作部２ｅとマイク２ｆとが配置されている。スピーカ２ｄとマイク２ｆとは、携帯電話機１の利用者が通話の際の音声を入出力するためのものである。また、下部筐体２ｂは、電池（図示せず）を収納する。

下部筐体２ｂの前面パネルは、通話時、携帯電話機１の利用者の口腔部分の近傍に配置される。

上部筐体２ａは、図１に示すように、電子回路部３を収納する。この電子回路部３は、図３に示すように、回路基板４と、アンテナ５と、を備える。

回路基板４は、無線信号を処理するための回路部品を搭載したものであり、回路基板４の片面又は両面には、各回路部品を配線するためのプリント配線が施されている。

アンテナ５は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、幅Ｗに比較して長さＬが長い矩形状のものであり、回路基板４の縁に沿って回路基板４上に配置される。

アンテナ５は、いわゆるパッチアンテナを変形したアンテナである。パッチアンテナは、原理的には、共振を利用したアンテナである。アンテナ５は、誘電体１１と、導体箔１２と、給電点１３と、短絡板１４と、からなる。

誘電体１１は、棒状の矩形形状を有している。
導体箔１２は、パッチアンテナの導体ストリップに相当するものであり、誘電体１１上に細長く貼付される。導体箔１２には、例えば、導電性に優れた金属が用いられる。

給電点１３は、短冊状の形状を有する短絡板１４を介して回路基板４から導体箔１２に給電する点である。

アンテナ５は、パッチアンテナを変形し、薄型となっている。アンテナ５は、通話する者の音声を入出力するスピーカ２ｃ、マイク２ｆの配置位置とは反対側の回路基板４の接地導体板（図示せず）上に配置され、通話時に、誘電体１１と携帯電話機１の利用者の側頭部との間に回路基板４が介在するようになっている。

尚、回路基板４上の接地導体板は、回路基板４に搭載された全ての高周波対応部品と共用したものである。但し、一般的な無線機の回路基板は、信号を送受信するバス線と接地板層とを多層構造にて備えているため、この接地板層を利用することもできる。即ち、アンテナ５の下に接地導体板を配置して、このアンテナ５の接地導体板と回路基板の接地板層とを半田付け等により、短絡するように構成されることもできる。

次にアンテナ５の作用について説明する。
アンテナ５の給電点１３には、電子回路部３から電流が供給される。電流は、給電点１３から短絡板１４を介して導体箔１２に流れる。導体箔１２に電流が流れることによって、導体箔１２の縁部に電界が生じる。また、この電界によって電界面とは垂直方向に磁界が発生する。そして、その磁界が時間に従って変化すると、その磁界をとりまくように電界が発生する。その電界も時間に従って変化すると、この電界をとりまくように磁界が発生する。このように電界と磁界とが互いに誘導し合いながら、電磁波が大気中を伝播する。

電磁波は、導体箔１２との距離が大きくなるにつれて、小さくなる。また、アンテナ５は、回路基板４を挟んで、スピーカ２ｃ、マイク２ｆと近接させて通話する携帯電話機１の利用者頭部の反対側に位置するため、回路基板４が電磁波の遮蔽板として機能する。従って、携帯電話機１の利用者が通話する時、電磁波は、電磁波曝露量安全規格を十分に満足する程度に弱くなり、電磁波の人体への放射が抑制される。

このアンテナ５は、図５に示すような特性を有する。
図５に示す特性図の縦軸は、「反射損失」（ｄＢ）を示す。「反射損失」はアンテナ５への入力電力に対する反射電力の割合を示し、「反射損失」＝１０×常用対数（アンテナ入力電力／反射電力）（ｄＢ）の計算式に従って算出される。

また、横軸は、入力信号の周波数（Ｍ）を示す。アンテナ５の使用可能周波数は、「反射損失」＝−１０（ｄＢ）以下となる周波数幅で定義される。図中、Ａ１は、第３代世界標準携帯電話規格IMT-2000で使用される周波数帯域幅を表している。また、図中、特性曲線Ｃ１は、図１に示すアンテナ５の入力特性を示す。

以上説明したように、本実施例１によれば、アンテナ５を、通話時に人体とは回路基板４を介して配置されるように、回路基板４の背面側に設けるようにした。

従って、電磁波の人体への放射が抑制され、電磁波の人体への吸収が低減されるため、効率もよくなる。

実施例２に係る携帯電話機は、導体箔に細い間隙を設けるようにしたものである。

実施例２に係る携帯電話機１の電子回路部３の構成を図６に示す。
実施例２に係る携帯電話機１の電子回路部３において、アンテナ５の導体箔１２には、図６に示すように、間隙２１が設けられている。この間隙２１は、アンテナ５の長手方向に延びている。

このように間隙２１を設けることにより、アンテナ５は、ＦＭラジオ、テレビ放送受信用に用いられる折り返しダイポールアンテナとして機能する。

即ち、折り返しダイポールアンテナは、１本の導体棒による通常のダイポールアンテナに対し、これと平行に導体棒１本を配置し、各々の導体棒両端を電気的に短絡したものである。

アンテナ５において、導体箔１２に流れる電流は、間隙２１によって間隙２１の一方の端部で分流し、導体箔１２上を二股に分かれて流れる。そして、分流した電流は、間隙２１の他方の端部で合流する。このように電流が流れることによって、アンテナ５は、折り返しダイポールアンテナとして機能する。

実施例２に係るアンテナ５は、図７の特性曲線Ｃ２で示す入力特性を有する。尚、破線の特性曲線Ｃ１は、実施例１に係るアンテナ５の特性を示す。実施例１に係るアンテナ５は、この図７に示すように、特性曲線Ｃ１が「反射損失」＝−１０以下となる周波数幅は、周波数帯域幅Ａ１に比べて狭くなっている。

パッチアンテナは、原理的には、共振を利用しているので、一般的には狭帯域の特性を有する。しかし、間隙２１を設けることにより、アンテナ５の使用可能周波数は、通常のダイポールアンテナよりも広帯域となる。

特性曲線Ｃ２で示す実施例２に係るアンテナ５は、間隙２１が設けられることにより、実施例１に係るアンテナ５の特性と比較して、広い使用可能周波数帯域を有している。

以上説明したように、本実施例２によれば、導体箔１２に間隙２１を設け、アンテナ５を折り返しダイポールアンテナとして機能させるようにしたので、使用可能周波数帯域を広げることができる。

実施例３に係る携帯電話機のアンテナは、導体箔に切り欠き部を設けるように構成されたものである。

実施例３に係る携帯電話機１の電子回路部３の構成を図８に示す。
実施例３に係る携帯電話機１では、導体箔１２の上下端に切り欠き部３１を設ける。このような切り欠き部３１を設けることにより、導体箔１２の上下端は階段状になる。

このような実施例３に係るアンテナ５は、図９の特性曲線Ｃ３で示すような入力特性を有する。尚、縦軸は、図５に示す特性図と同様に、「反射損失」を示し、横軸は「周波数」を示す。
パッチアンテナと折り返しダイポールアンテナとの反射損失が最小となる周波数は高い方にずれる。また、特性曲線Ｃ３は、図５に示す特性曲線Ｃ１、図７に示す特性曲線Ｃ２よりもなだらかとなっている。従って、アンテナ５の使用可能周波数帯域が広くなり、使用可能周波数の広帯域化が実現される。

以上説明したように、本実施例３によれば、導体箔１２に切り欠き部３１を設けるようにしたので、使用可能周波数の広帯域化を実現することができる。

実施例４に係る携帯電話機は、さらに、低域周波数の反射損失特性が改善されるように、導体箔にスリットを設けるようにしたものである。

実施例４に係る携帯電話機１の電子回路部３の構成を図１０に示す。
実施例４に係る携帯電話機１の導体箔１２には、図１０に示すように、スリット４１が設けられている。導体箔１２にこのようなスリット４１が設けられることにより、低域周波数の反射損失特性が改善される。

一例として、図１１に、実施例４に係るアンテナ５の各部分の寸法を示す。
ＢＬ：回路基板４の長さ
ＢＷ：回路基板４の幅
ＢＴ：電子回路４の厚さ
ＤＨ：誘電体１１の奥行き
ＤＷ：誘電体１１の幅
ＤＬ：誘電体１１の長さ
ＥＬ１：折り返しダイポールアンテナ部の長さ
ＥＷ１：折り返しダイポールアンテナ部幅
ＥＬ２：アンテナ５の中間部の長さ
ＥＷ２：アンテナ５の中間部の幅
ＥＬ３：パッチアンテナ部の長さ
ＥＷ３：パッチアンテナ部の幅
ＳＬ：間隙２１の長さ
ＳＷ：間隙２１の幅
ＮＬ：切り込み部３１の長さ
ＮＷ：切り込み部３１の幅
ＳＨＬ：短絡板１４の長さ
ＳＨＷ：短絡板１４の幅

また、誘電体１１の比誘電率を３．５とし、さらにアンテナ５の形状の寸法を、以下のように設定する。
ＢＬ=７５mm、ＢＷ＝４０mm、ＢＴ＝１mm、
ＤＨ＝６mm、ＤＷ＝６mm、ＤＬ＝７５mm
ＥＬ１＝４８mm、ＥＷ１：２mm
ＥＬ２＝２１mm、ＥＷ２＝２mm
ＥＬ３＝３２mm、ＥＷ３＝２mm
ＳＬ＝４６mm、ＳＷ１mm
ＮＬ＝３mm、ＮＷ＝２mm
ＳＨＬ＝5.5mm、ＳＨＷ＝１mm

このように構成された実施例４に係るアンテナ５は、図１２の特性曲線Ｃ４で示すような入力特性を有する。尚、特性曲線Ｃ３は、実施例３に係るアンテナ５の入力特性を示す。この特性曲線Ｃ４で示すように、アンテナ５の使用可能周波数帯域幅は大幅に広がり、前記規格IMT-2000で使用される周波数帯域幅Ａ１の約９０％に達している。

以上説明したように、本実施例４によれば、導体箔１２にスリット４１を設けるようにしたので、低域周波数の反射損失特性を改善することができる。

実施例５に係る携帯電話機は、導体箔の端部を誘電体に沿って折り曲げるようにしたものである。

実施例５に係る携帯電話機１の電子回路部３の構成を図１３に示す。
図１１に示すように、アンテナ５の導体箔１２の間隙２１の淵は誘電体１１の縁に合わせられ、導体箔１２の端部は、誘電体１１に沿って幅ＥＷＢ１だけ、折り曲げられる。この幅ＥＷＢ１は１mm程度とされる。

このように、導体箔１２の端部が折り曲げられることにより、導体箔１２の先端と回路基板４との間に容量性リアクタンスが生じ、図５に示す周波数帯域幅Ａ１のうちの高周波側で、アンテナ５全体に生じる誘導性リアクタンスが打ち消される。従って、アンテナ５の入力特性は、より良好になる。

尚、この折り曲げ効果により、誘電体１１の誘電率を様々な値に変更しても、入力特性は調整されて、入力特性を良好に保つことができる。

携帯電話機１単体を前記規格IMT-2000の中心周波数である2000ＭＨｚで動作させた場合の実施例５に係るアンテナ５の放射利得を図１５に示す。この図１５（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１４に示す実施例５に係る携帯電話機１のＸＹＺ座標系のＸ−Ｙ平面、Ｚ−Ｙ平面の３６０°の方向における放射利得を示す。

ここで、放射利得とは、アンテナ５に電力を注入した場合に、アンテナ５が放射する電力強度を表すものである。放射利得は、「放射利得（デシベル表示）」＝１０×常用対数（アンテナ放射電力強度／等方性アンテナ放射電力強度）（ｄＢ）の計算式に従って算出される。

図１５（ａ）の特性曲線Ｃ５、図１５（ｂ）の特性曲線Ｃ６は、それぞれ、Ｘ−Ｙ平面上、Ｚ−Ｙ平面上の３６０°の方向の放射利得を示すものである。実施例５に係るアンテナ５では、放射利得が低いため、利用者側に放射される電磁波が極めて少なくなることが、この図１５（ａ）、（ｂ）から判別される。

また、アンテナ５の最大放射利得は、周波数に従って、図１６の特性曲線Ｃ７で示すように推移する。この特性曲線Ｃ７で示すように、最大放射利得は、前記規格IMT-2000の上側周波数帯において高い値のまま安定する。これは、アンテナ５が広帯域、高利得であることを示している。

次に、図１７に示すように配置された実施例５に係るアンテナ５の人体に与える影響の度合いを調べる。

アンテナ５は、人体頭部に相当する半径Hｈｒの誘電体球４２の表面から距離ＡＨｄだけ離れたところに配置される。

尚、誘電体球４２の半径、誘電体球４２と携帯電話機１との間隔を、それぞれ、Hｈｒ=１００mm、ＡＨｄ＝５mmとする。また、誘電体球４２の比誘電率、導電率を、それぞれ、４３．２、１．２６S/mとする。この比誘電率、導電率の値は、米国連邦通信委員会が公表している値に基づいて設定された値である。

この状態で、アンテナ５を周波数2000ＭＨｚで動作させると、放射利得は、ＸＹＺ座標系のＸ−Ｙ平面、Ｚ−Ｙ平面上の３６０°の方向にわたって、図１８（ａ）、（ｂ）に示すような特性になる。

図１８（ａ）において、特性曲線Ｃ８は、誘電体球４２が存在する場合にＸ−Ｙ平面上の３６０°にわたって放射される電磁波の放射利得を示す。尚、特性曲線Ｃ９は、比較のために記載したものであり、誘電体球４２がない場合のＸ−Ｙ平面上の放射利得を示す。

誘電体球４２の存在により、０度方向の放射は遮断され、放射利得は、若干、小さくなっている。しかし、最大放射方向、最大放射利得は、誘電体球４２が存在してもあまり変化しない。

図１８（ｂ）において、特性曲線Ｃ１０は、Ｚ−Ｙ平面上の放射利得を示す。尚、特性曲線Ｃ１１は、比較のために記載したものであり、誘電体球４２がない場合のＺ−Ｙ平面上の放射利得を示す。最大放射方向、最大放射利得は、あまり変化しない。このように、実施例５に係るアンテナ５では、図１７に示すように配置された場合の人体への影響が少ないことが、この図１８（ａ）、（ｂ）から判別される。

尚、アンテナ５が人体に与える影響の度合いは、国際的な電磁波曝露指標として認められている「比吸収率」を用いて決められる。「比吸収率」は、人体組織１ｋｇ分の体積内に吸収される電力として表され、「比吸収率」＝（組織の導電率）×（組織内電界強度）²÷（組織の密度）の計算式に従って算出される。

図１９（ａ）に示すように、標準的な半波長ダイポールアンテナ５ａを誘電体球４２の近傍に配置した場合、ＡＨｄ２＝１０mm、アンテナ５ａへの入力電力を１Ｗ（ワット）とすると、実験によれば、「比吸収率」は、３６．３[W/Kg]になる。

また、図１９（ｂ）に示すように、一般的な４分の１波長モノポールアンテナ５ｂを誘電体球４２の近傍に配置した場合、アンテナ入力電力を同じく１Ｗとすると、実験によれば、「比吸収率」は、１５．７[W/Kg]になる。この「比吸収率」の値は、半波長ダイポールアンテナ５ａと比較して、５０％程度に減少する。

しかし、実施例５に係るアンテナ５を図１７に示すように誘電体球４２の近傍に配置した場合、実験によれば、アンテナ５の「比吸収率」は、３．３２[W/Kg]となる。この値は、半波長ダイポールアンテナ５ａよりも１０％以下になっており、４分の１波長モノポールアンテナ５ｂと比較しても、２０％以下になっている。

このように実施例５に係るアンテナ５は、高利得、広帯域の特性を得ることができるとともに、人体に対する安全性も高くなる。

以上説明したように、本実施例５によれば、導体箔１２の端部を誘電体１１に沿って折り曲げるようにしたので、高利得、広帯域の特性を得ることができるとともに、人体に対する安全性も高くなり、携帯通信機用アンテナとしての有用性が高くなる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施例に限られるものではない。

例えば、回路基板に、アンテナからの電磁波を遮蔽する導体を貼付するようにしてもよい。また、回路基板とは別に、前面パネル側に遮蔽板を備えるようにしてもよい。

誘電体は、棒状の矩形を有するものとは限らず、円柱状、断面が楕円の形状を有するものであってもよい。

アンテナを配置する位置は、必ずしも回路基板の縁部とは限らず、回路基板のほぼ中央であってもよい。

実施例２において、間隙２１の形状は、直線とは限らず、アンテナがダイポールアンテナとして機能するのであれば、例えば、蛇行した形状であってもよい。

実施例３において、導体箔の縁部の切り欠き部は、１つであってもよいし、さらに、２つ以上設けてもよい。

実施例４において、導体箔のスリットは、１つであってもよいし、さらに、２つ以上設けてもよい。

実施例５において、折り曲げる導体箔の折り曲げ幅は、１mmに限定されるものではない。

本発明の実施例１に係る携帯電話機の構成を示す外観図である。図１の携帯電話機の前面パネルの外観を示す説明図である。図１の携帯電話機の電子回路部の構成を示す斜視図である。図１の電子回路部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。図１の電子回路部に配置されたアンテナの特性を示す説明図である。本発明の実施例２に係る携帯電話機の電子回路部の構成を示す斜視図である。図６の電子回路部に配置されたアンテナの特性を示す説明図である。本発明の実施例３に係る携帯電話機の電子回路部の構成を示す斜視図である。図８の電子回路部に配置されたアンテナの特性を示す説明図である。本発明の実施例４に係る携帯電話機の電子回路部の構成を示す斜視図である。図１０の電子回路部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。図１０の電子回路部に配置されたアンテナの特性を示す説明図である。本発明の実施例５に係る携帯電話機の電子回路部の構成を示す斜視図である。図１３の携帯電話機の外観を示す斜視図である。図１３のアンテナの放射利得を示す説明図である。図１３の電子回路部に配置されたアンテナの特性を示す説明図である。図１３の携帯電話機のアンテナと人体頭部との相互作用を説明するための説明図である。図１３の携帯電話機のアンテナを周波数2000ＭＨzで動作させた場合の放射利得を示す説明図である。従来の（ａ）半波長ダイポールアンテナ、（ｂ）４分の１波長モノポールアンテナの配置例を示す説明図である。

符号の説明

１携帯電話機
２筐体
２ａ上部筐体
２ｂ下部筐体
２ｃスピーカ
２ｆマイク
３電子回路部
４回路基板
５アンテナ
１１誘電体
１２導体箔
１３給電点
１４短絡板
２１間隙
３１切り欠き部
４１スリット

Claims

電磁波を放射するアンテナを備えた無線通信機において、
回路部品を搭載した回路基板が筐体内に内蔵され、
前記アンテナは、通話する者の音声を入出力する音声入出力部の配置位置とは反対側の前記回路基板上に配置された、
ことを特徴とする無線通信機。
前記アンテナは、
前記基板上に配置された誘電体と、
前記回路基板との間で電界を発生させるために、前記誘電体の表面に貼付された導体板と、
前記回路基板から前記導体板に電流を供給するための短絡板と、を備えたものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信機。
前記導体板は、流れる電流を分流し、分流した電流を再び合流させる間隙を設けたものである、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信機。
前記導体板は、反射損失を低下させるための切り欠き部を備えたものである、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の無線通信機。
前記導体板は、前記間隙によって分流した電流の流れを調整するためのスリットを設けたものである、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の無線通信機。
前記誘電体は、矩形のものからなり、
前記導体箔は、前記誘電体の縁に沿って折り曲げて形成されたものである、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の無線通信機。