JP2005136668A - 折畳型携帯無線機器。 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ性能向上のために大きな占有スペースを余分に必要としないで高いアンテナ性能を発揮することができ、小型化に好適な折畳型携帯無線機器を提供する。
【解決手段】 上基板１２を収納する上筐体１と、下基板２２を収納する下筐体２と、上下の筐体１、２を回動自在に連結するヒンジ部３と、ヒンジ部３を介して上基板１２と下基板２２を接続する基板接続ケーブル６と、下筐体２のヒンジ部３近傍に設けたアンテナ６と、下筐体２内部のヒンジ部３に臨む端部近傍の基板接続ケーブル６に近接して配置されるカメラ４とを備えた折畳型携帯無線機器において、カメラ４は、所定の電気長を有する板状素子７２を近接配置するとともに、板状素子７２は、カメラ４のグランドと直接接触させて接続するか若しくは近接距離を隔てて電磁気的に接続する結合面７１を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筐体を折畳むことができる携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handyphone System）などの折畳型携帯無線機器に係り、特に小型で良好なアンテナ性能を発揮することができる折畳型携帯無線機器に関する。

近年、携帯電話機が広く普及しているが、この携帯電話機には、各種様々なタイプのものが開発されている。例えば、筐体部分が単純な棒状のストレート型や、使用しないときには上下の筐体を折畳んで携帯性を高めたコンパクトな折畳型のものなどが知られている。さらに、折畳型の携帯電話機には、アンテナ部分が、上筐体の上部から上方に突出するものの他に、下筐体のヒンジ部寄りの上端部側から上方に突出するものや筐体内部に収納されていて外部からは見えないものなども知られている。

ところで、一般に、下筐体側にアンテナを設けた折畳型の携帯電話機では、上下の筐体を開いて使用するときに、下筐体側のアンテナ素子が上筐体の内部に収容している上基板と電磁界結合し、上基板を励振させることで高いアンテナ性能を実現できるようになっている。

ところが、このような折畳み型の携帯電話機にあっては、アンテナ性能を低下させる要因の一つとして基板接続ケーブルの存在が知られている。ここで、この基板接続ケーブルとは、上下の各筐体内部に設けた基板間を電気的に接続するものであって、基板上に実装された各電子部品へ給電を行うととともに、制御信号その他のデータなどをやり取りするようになっている。

例えばヒンジ部寄りの下筐体側にアンテナを設けたタイプの折畳型の携帯電話機では、通常、上筐体の液晶表示部（ＬＣＤ）や各種の回路を動作させるために、基板接続ケーブルのグランド線により、下筐体内部の下基板の信号線及びグランドが上筐体内部の上基板のグランドに接続されている。ところが、この基板接続ケーブルに含まれるグランド線は、一般に３本から４本と数が少ないため、このグランド線を下基板から上基板に流れるグランド電流は微小であり、アンテナの性能には殆ど影響を与えることはない。

ところで、近時、携帯電話機にカメラ機能を備えたカメラ付き携帯電話機も開発され使用されているが、例えば前述したヒンジ部寄りの下筐体側の上部にアンテナを設けたタイプの折畳型の携帯電話機において、そのアンテナ近傍の下筐体又はヒンジ部にカメラを取付けているタイプのものも提案されている。

このようなアンテナ及びカメラを互いに近接するヒンジ部近傍に設けた構成の折畳型の携帯電話機（以下、これを「カメラ／アンテナヒンジ部近接タイプ」とよぶ）にあっては、基板接続ケーブルがヒンジ部の内部を通過する関係上、この基板接続ケーブルはカメラの底部に近接して配線することが多く、その結果、アンテナ性能の低下をもたらす現象が発生している。

ここで、例えば、図５に示すカメラ／アンテナヒンジ部近接タイプであって、筐体を３次元的に、つまりＡ及びＢ方向に回動させることができるように構成した２軸ヒンジタイプ(図６参照)の折畳型携帯電話機について例を挙げて説明する。
このタイプの携帯電話機では、上下の筐体１０１、１０２の厚さが増大するのを避けるため、図示外のアンテナ１０６と下筐体１０２内の下基板１０５との間にカメラ１０７を設置しようとすると、上下の筐体１０１、１０２内の各基板１０４、１０５を接続する基板接続ケーブル１０８は、どうしても、２軸ヒンジ１０３の台座１０３Ａの中心軸１０３Ｂまたは１０３Ｃ（図６参照）を通過させて上筐体１０１内部に設けてある上基板１０４と接続されることとなる。このため、基板接続ケーブル１０８は、ヒンジ台座１０３Ａとカメラ１０７の底面との間に挟まれることとなり、カメラ１０７と基板接続ケーブル１０８とが近接することとなる。なお、これらの図５、６の符号１１０は整合回路、１１１は無線部を示す。

一方、カメラ１０７は、図７に示すように、前述の基板接続ケーブル１０８とは別にカメラ接続ケーブル１０７Ａ及びカメラ接続端子１０７Ｂを介して下基板１０５のグランドに接地されている。このため、カメラ接続ケーブル１０７Ａを介してカメラ１０７に流れ込んだグランド電流（図７に符号Ｊ１で示す）が電磁界結合により基板接続ケーブル１０８にも流れ込み（図７に符号Ｊ２で示す）、下基板１０５から上基板１０４に流れるグランド電流Ｊが増大することとなる（図７に符号２０で示す）。その結果、アンテナ１０６の励振により上基板１０４に生じる電流と、カメラ１０７と基板接続ケーブル１０８との電磁界結合により上基板１０４に流れる電流とが干渉現象を起こしてしまい、上下の筐体１０１、１０２を開いて使用するときのアンテナ１０６に、アンテナ性能の劣化現象を発生している。

図８は、この現象によるアンテナ性能の変化を確認するために、カメラを備えたタイプの携帯電話機(図５に示す、カメラ／アンテナヒンジ部近接タイプの携帯電話機)と、カメラを備えていないタイプの携帯電話機（アンテナヒンジ部近接タイプの携帯電話機）とについて、アンテナ性能の比較実験をしたときの特性を示すグラフである。なお、この比較実験では、使用周波数を９００ＭＨｚとし、横軸を周波数（ＭＨｚ）、縦軸をＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio；電圧定在波比）とした。
この図８において、カメラを備えた場合のアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を表すグラフをα、カメラを備えていない場合のアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を表すグラフをβで示している。

この図８に示す実験結果から分かるように、良好なアンテナ特性を得るための要件の一つであるＶＳＷＲ＜３（反射波が５０％以下となる）を満す周波数帯域の幅について、カメラを備えていない携帯電話機のアンテナでは４００ＭＨｚ以上の広さを有するが、カメラを備えた携帯電話機のアンテナでは、２５０ＭＨｚまでその帯域幅が減少している。

ところで、このようなアンテナ近傍にカメラを備えることによるアンテナ性能の劣化を改善するための手段として、次の２種類の方法が知られている。

その一つは、図５（Ｂ）において、カメラ１０７からケーブルまでの距離ｄを大きく離することである。例えば、ｄ＝２０ｍｍにすることにより、カメラがアンテナ近傍にない状態と略同等の帯域を得ることができる。

もう一つの方法は、地線と呼ばれる別素子を基板上に追加することである(例えば、特許文献１参照)。図９には、図５に示す携帯電話機において、地線１２０を追加した構成のものを示している。なお、図中、符号１２１は、地線１２０と下基板１０５のグランドとを接続するためのグランドピンを示す。この地線１２０には、下基板１０５を流れるグランド電流を利用することで、アンテナ１０６とは異なる共振（共振するのはグランド電流）を発生させ、アンテナ１０６の周波数帯域幅を拡大させる効果がある。

図１０に示すグラフγは、図８においてαで示す周波数帯域特性を示すカメラ／アンテナヒンジ部近接タイプの携帯電話機において、地線１２０を追加した場合の周波数帯域を示すものである。なお、同図中、γ₀は地線１２０による共振部分を示すものであり、この共振部分γ₀が存在する周波数領域だけ、周波数帯域幅を拡大させることができるわけである。
特開２０００−１３１１８号公報（図３、図５）

しかしながら、第１の方法では、携帯電話機の筐体厚さ方向の寸法が増大し、小型化の妨げになる。

一方、第２の方法では、図１０から分かるように、地線による共振帯域が狭い。そこで、地線を用いることにより共振帯域幅を拡大させようとすると、地線の面積を大きく拡大させるか、或いは地線を基板から離すことが必要であり、いずれにしてもその分、携帯電話機の筐体の増大を招くので、この方法でも携帯電話機の小型化の妨げとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アンテナ性能向上のために大きなスペースを余分に必要としないで高いアンテナ性能を発揮することができ、小型化に好適な折畳型携帯無線機器を提供することを目的とする。

本発明の折畳型携帯無線機器は、第１の基板を内部に収納する上筐体と、第２の基板を内部に収納する下筐体と、前記上下の筐体を回動自在に連結するヒンジ部と、前記ヒンジ部を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続するケーブルと、前記上筐体又は下筐体の前記ヒンジ部近傍に設けたアンテナと、前記ケーブルに近接して配置される特定電子部品とを備えた折畳型携帯無線機器において、
前記特定電子部品は、所定の電気長を有する導体素子を近接配置するとともに、
前記導体素子は、特定電子部品のグランドに直接接触させて接続するか若しくは近接距離を隔てて電磁気的に接続する接続手段を有するものである。

使用周波数の共振帯域を拡大させようとすると、従来の折畳型携帯無線機器では、例えば地線を使用する場合には、基板から地線を離す必要があったが、上記構成の本発明によれば、その逆に、基板に導体素子を近づけるか、基板に導体素子を接触させる構成であるため、従来のような離間スペースが不要となる。その結果、筐体内部の容積がその分コンパクトに構成できるので、小型化に都合がよい。
ことが可能となる。

また、本発明の折畳型携帯無線機器は、前記導体素子の電気長Ｌが、通信無線の動作周波数λに対して次式
λ／８≦Ｌ≦λ／２
を満たすように形成されているものである。

上記構成によれば、定性的な理由は解明されていないが、導体素子を上記条件を満たすような電気長に形成することで、動作周波数の帯域を効果的に拡大できるようになっている。

また、本発明の折畳型携帯無線機器は、前記ケーブルと前記特定電子部品のグランドとで前記導体素子の一端を挟むように配置しているものである。

上記構成によれば、ケーブルとカメラなどの特定電子部品のグランドとで導体素子の一端を挟持させるようにして設置することで、グランドピンなどの追加素子が必要なくなるので、筐体の小型化、製造コストの削減などを図ることが可能となる。

本発明によれば、アンテナ性能向上のために大きな占有スペースを余分に必要としないで高いアンテナ性能を発揮することができ、小型化に好適な折畳型携帯無線機器を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る折畳型携帯無線機を示すものであり、この折畳型携帯無線機は、上筐体１及び下筐体２がヒンジ部３を介して３次元的に回動可能に連結されているが、特に、カメラ（特定電子部品を構成する）４とアンテナ５とがともにヒンジ部３近傍に近接して設置されたカメラ／アンテナヒンジ部近接タイプが用いられている。

上筐体１には、液晶表示部（ＬＣＤ）１１及び図示外の受話部（レシーバ）などを設けているほか、上基板（第１の基板）１２などを内部に配設している。

一方、下筐体２には、操作部２１及び図示外の送話部（スピーカ）などを設けているほか、下基板（第２の基板）２２を内部に配設している。この下基板２２には、図示外の制御回路を含む各種の回路、例えば後述する整合回路５２及び無線部５３などが実装されている。また、この下基板２２と上基板１２とは、基板接続ケーブル６により電気的に接続されている。なお、この基板接続ケーブル６は、上基板１２に第１端子６Ａを介して、下基板２２に第２端子６Ｂを介して、それぞれ電気的に接続されている。

さらに、下筐体２には、ヒンジ部寄りの一端部（図１では上端部）に、カメラ４と、アンテナ５とを互いに近接状態で備えているとともに、カメラ４の近傍に後述する共振板金７を配設している。

ヒンジ部３は、図１において、Ｙ軸方向を中心にＡ方向に開閉して上筐体１を開放する（使用モード）とともに、Ｘ軸方向を中心としてＢ方向に旋回して上筐体１の液晶表示部１１が設けてある内面側を外部に露出した状態で筐体を折畳んで通話やメールを持ち受ける（待ち受けモード）ことができるように構成されており、２軸ヒンジで構成している。即ち、本実施形態のヒンジ部３は、下筐体２内部に固設したヒンジ台座３１と、このヒンジ台座３１の上面中央部からＸ軸方向に固設し上筐体１がＢ方向に旋回する第１ヒンジ軸３２と、第１ヒンジ軸３２の左右両方からＹ軸方向にそれぞれ突出しＡ方向に開閉する第２ヒンジ軸（図略。図６の中心軸１０３Ｂ，１０３Ｃに相当する）とを備えている。

カメラ４は、アンテナ５近傍の下筐体２の内面に固設されており、カメラ接続ケーブル４１及び接続端子４２を介して下基板２２側と接続されている。

アンテナ５は、逆Ｌ字型を有する逆Ｌアンテナで構成しており、下筐体２内部の最上端部寄りに設置してある。また、このアンテナ５の一端部（図１では下端部）は、アンテナ接続ケーブル５１及び整合回路５２を介して無線部５３に接続されており、本実施形態で使用する周波数帯域には９００ＭＨｚのものが用いられている。

共振板金７は、共振帯域を拡大させてアンテナ性能を向上させるためのものであり、図２に示すように、カメラ４のグランド面に近接して配置される結合面７１（接続手段を構成する）と、使用周波数帯域で共振する板状素子（導体素子を構成する）７２とを備えている。

このうち、結合面７１は、カメラ４と非接触な状態でカメラ４からの電磁界の作用を受けることができる近接領域内に設置させることにより、カメラ４との電磁気界結合による起電流を発生させるものである。通常、カメラ４のグランドは、カメラ底面側に設置している場合が一般的であるので、本実施形態の場合、この結合面７１をカメラの底面に近接してカメラ４とは電気的には非接触状態として配置している。

なお、本発明者により、このカメラ４と結合面７１との間隔Ｄ１は、短いほどアンテナ性能により高い改善効果がもたらされるとの知見を得ているが、この間隔は１ｍｍ以下であることが好ましい。また、結合面７１は、カメラ４と物理的に直接接続する（ＤＣ接続する）ことにより、電気的な接続を図るようにしてもよい。

一方、板状素子７２は、下基板２２から離間していることが必要であり、本実施形態では、下基板２２との間の距離Ｄ２（図１参照）が４ｍｍ以上の距離を離間させて下筐体２の内面に固着した状態で設置している。また、この板状素子７２は、図１において、使用周波数によって最適な長さＬが本発明者によって得られている。即ち、その最適な長さＬは、使用周波数をλとしたときに、次式
λ／８≦Ｌ≦λ／２
の要件をみたすときにアンテナ性能に改善効果が得られるとの知見を得ており、特にλ／４の長さのときに最大の効果が得られることが判明している。なお、本実施形態では、板状素子７２の最適な長さＬ（＝λ／４）が９０ｍｍとなっている。

次に、共振板金７を付設することにより、アンテナ性能が向上することについての原理を、以下に定性的に説明する。
本実施形態では、図３に示すように、カメラ４と共振基板７の結合面７１とが近接配置する構成であるため、カメラ４と共振基板７の結合面７１とが電磁界結合し、カメラ４に流れる電流（Ｉ１）のうち板状素子７２の長さＬで共振する周波数のグランド電流（Ｉ２）が、板状素子７２の方向に流れる。

このため、カメラ４から基板接続ケーブル６を介して上基板１２に流れるグランド電流（Ｉ）が減少する。その結果、アンテナ４の励振により上基板１２に生じる電流と基板接続ケーブル６から流れ込むグランド電流（Ｉ）との干渉が小さくなり、上筐体１を開いた状態で使用するときのアンテナ性能の低下が抑えられるようになる。

次に、本実施形態に係る共振板金７を設けた折畳型携帯無線機と、共振板金を設けていないカメラ／アンテナヒンジ部近接タイプの折畳型携帯無線機とについて、周波数帯域の変化に関する比較実験を行ったところ、図４に示すような結果が得られた。
なお、この図４において、符号αは、カメラを備えた場合のアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を表す図８のグラフαと同一のものを示すものであり、δは、本実施形態に係る共振板金７を設けた折畳型携帯無線機でのアンテナ特性（ＶＳＷＲ）を示す。

この図４から分かるように、アンテナ特性が良好であるための一つの条件であるＶＳＷＲ＜３以下を満たす周波数帯域幅については、共振板金７を追加しない場合には凡そ２４０ＭＨｚであったのが、共振板金７を追加することにより、凡そ３９０ＭＨｚまで増大していることが分かる。

これにより、共振板金７を追加することにより、これを設けていない場合に比べて１．６倍以上に周波数帯域幅を拡大させることができることが分かる。また、従来の地線を付設する構成のものと比べてみた場合、共振基板７を設ける本実施形態のほうが周波数帯域幅が全域に亙って拡大していることから、この共振板金７は地線とは異なる効果をもたらすとの知見も得られる。
また、定量的に見ても、本実施形態の方が、地線を追加することにより共振部分γ₀の幅領域だけ周波数帯域幅を拡大させる従来の作用（図１０参照）に比べて、周波数帯域幅の拡大作用が顕著であることが容易に理解できる。

なお、本実施形態では、カメラ４のグランドをカメラ底面側に設置している構成のものについて説明してきたが、例えばカメラのグランドがカメラ側面に集中している場合には、共振基板の結合面をカメラの側面に配置させてもよい。また、このような側面配置での構成の場合にも、前述したように、カメラのグランドと共振板金とは電磁界的に結合していればよく、物理的に接続させていなくてもよい（近接非接触状態であればよい）。
このため、本実施形態によれば、共振基板とカメラのグランドとを物理的に接続・固定するための手段、例えばグランドピンなどの追加素子（追加部材）が不要である。

また、共振板金の共振部分は、本実施形態の板状素子７２のようなものに限定されるものではなく線状素子であっても効果は得られえるが、素子の面積は大きいほど素子上を流れる電流の経路が増大するので、広い周波数帯域で高い効果をもたらすことができるようになる。そのため、筐体内部の空間に余裕があるならば、本実施形態のような板状の素子を用いることが好ましい。因みに、本実施形態では、使用周波数として９００ＭＨｚを中心にして２００ＭＨｚの帯域で最大の効果を得るために、共振板金の幅Ｗを１５ｍｍとしている。

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形態で実施し得るものである。

本発明の折畳型携帯無線機器は、アンテナ性能向上のために大きな占有スペースを余分に必要としないで高いアンテナ性能を発揮することができ、小型化に好適な折畳型携帯無線機器を提供できる効果を有し、筐体を折畳むことができる携帯電話機やＰＨＳなどの折畳型携帯無線機器等に有用である。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る携帯電話機の要部の構成を背面から見た概略構成図、 （Ｂ）はその携帯電話機を側面から見た概略構成図 本発明の共振板金とカメラとの配置関係を示す概略斜視図 本発明の携帯電話機の作用を示す説明図 本発明の携帯電話機と共振板金を持たない携帯電話機との周波数帯域の変化を示すグラフ （Ａ）は従来の携帯電話機の要部の構成を背面から見た概略構成図、 （Ｂ）はその携帯電話機を側面から見た概略構成図 ２軸ヒンジタイプの折畳型携帯電話機の回動動作を示す説明図 図５に示す従来の携帯電話機の作用を示す説明図 図５に示す従来の携帯電話機とその携帯電話機においてカメラを持たないものとのアンテナ性能を比較したときの実験結果を示すグラフ （Ａ）は図５に示す従来の携帯電話機において地線を追加した携帯電話機の構成を示す概略構成図 （Ｂ）はその携帯電話機を側面から見た概略構成図 図９に示す従来の携帯電話機でのアンテナ性能を示すグラフ

符号の説明

１ 上筐体
１１ 液晶表示部（ＬＣＤ）
１２ 上基板（第１基板）
２ 下筐体
２１ 操作部
２２ 下基板（第２基板）
２３１ 整合回路
２３２ 無線部
３ ヒンジ部
３１ ヒンジ台座
３２ 第１ヒンジ軸
４ カメラ（特定電子部品）
４１ カメラ接続ケーブル
４２ 接続端子
５ アンテナ
５１ アンテナ接続ケーブル
５２ 整合回路
５３ 無線部
６ 基板接続ケーブル
６Ａ 第１端子
６Ｂ 第２端子
７ 共振板金
７１ 結合面（接続手段）
７２ 板状素子（導体素子）

Claims (3)

1. 第１の基板を内部に収納する上筐体と、第２の基板を内部に収納する下筐体と、前記上下の筐体を回動自在に連結するヒンジ部と、前記ヒンジ部を介して前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続するケーブルと、前記上筐体又は下筐体の前記ヒンジ部近傍に設けたアンテナと、前記ケーブルに近接して配置される特定電子部品とを備えた折畳型携帯無線機器において、
   前記特定電子部品は、所定の電気長を有する導体素子を近接配置するとともに、
   前記導体素子は、特定電子部品のグランドに直接接触させて接続するか若しくは近接距離を隔てて電磁気的に接続する接続手段を有する折畳型携帯無線機器。
2. 前記導体素子の電気長Ｌは、通信無線の動作周波数λに対して次式
   λ／８≦Ｌ≦λ／２
   を満たすように形成されている請求項１に記載の折畳型携帯無線機器。
3. 前記ケーブルと前記特定電子部品のグランドとで前記導体素子の一端を挟むように配置している請求項１または２に記載の折畳型携帯無線機器。

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