JP2005167908A - アンテナ装置及び移動体通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 グランドが複数に分割されたアンテナのアンテナ特性の向上を図る。
【解決手段】 例えば、折り畳み式の携帯電話機は、上下の筐体にアンテナ４のグランド１，２が分割されて収納された状態となっている。このため、金属製のヒンジ部３で上下の筐体を接続すると、該金属性のヒンジ部３を介して上下のグランド１，２が接続され、上下の筐体を開成した際にグランド長が長くなりアンテナ特性が劣化する。このため、金属製のヒンジ部３と上側のグランド１との間にスペーサ６を設け、このスペーサ６により容量性リアクタンス成分を形成する。この容量性リアクタンス成分は、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消す。このため、筐体を開成したときのグランド長を最適な長さとすることができ、アンテナ特性の向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機，ＰＨＳ電話機（PHS：Personal Handyphone System），通信機能を備えたＰＤＡ装置（PDA：Personal Digital Assistant）等に設けて好適なアンテナ装置及び移動体通信端末装置に関する。

今日における携帯電話機は、電子メール送受信機能，Ｗｅｂブラウジング機能，カメラ機能等の多岐にわたる機能が設けられており、これに伴って液晶表示部を大きくできるメリットから、第１及び第２の筐体の端部同士をヒンジ機構を介して接続した、いわゆる折り畳み式の端末装置が広く普及している。

この折り畳み式の携帯電話機は、開成した際に上側の筐体となる第１の筐体にレシーバー部及び液晶表示部が設けられ、開成した際に下側の筐体となる第２の筐体にキー入力部及びマイクロホン部が設けられている。

また、今日においては、落下等による破損の可能性が低く、また、デザイン性の向上が期待できること等から、アンテナとしては、携帯電話機の内部に設けられることが多くなっている（内蔵アンテナ）。

アンテナを、どの位置に設けるかは、その携帯電話機が用いられるシステム（周波数帯域や送信出力）や、該アンテナが設けられる設置場所でのメリット，デメリット，デザイン性等を考慮して決定されるが、例えば上記ヒンジ部周辺に内蔵アンテナを設けると、通話時に、ユーザの手や指で当該内蔵アンテナ部分が覆われてしまい、アンテナ特性が劣化し通話品質が劣化するおそれがある。

このような通話品質の劣化が許容できないレベルの場合、内蔵アンテナは、ヒンジ部周辺を避けた位置である、上記開成した際に上側の筐体となる第１の筐体の上端部、又は上記開成した際に下側の筐体となる第２の筐体の上端部（ヒンジ部周辺）、或いは該第２の筐体の下端部のうち、いずれかに設けられることとなる。

ここで、携帯電話機のグランドは、使用される周波数に対して小さく、グランドもアンテナとして動作することから、携帯電話機のアンテナ特性は、携帯電話機のグランドサイズに大きく依存することが知られている。

図５に、８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚのシステムに対応する内蔵アンテナを、横幅３５ｍｍのグランド基板に設け、グランド長Ｌｇを変化させた場合のアンテナ特性（帯域幅）の変化を測定した図を示す。

なお、内蔵アンテナとしては、銅製部材を用いて形成されたアンテナを用いている。また、グランド基板としては、ガラエポキシ基板（比誘電率 ε＝４．４、誘電正接 tanδ＝０．０４）を用いた。さらに、グランド長Ｌｇが１７０ｍｍのときに、アンテナ特性が最良になるようにアンテナの整合回路を設定し、整合回路定数やアンテナエレメントを変化させない状態で、グランド長Ｌｇを徐々に短くして電圧定在波比ＶＳＷＲが３以下となる周波数帯域幅の測定を行っている。

この図５において、実線で示すグラフは、図６（ａ）に示すアンテナエレメントと対向する場所にグランドが存在しない場合のアンテナ特性を示し、点線で示すグラフは、図６（ｂ）に示すようにアンテナエレメントと対向する場所にグランドが存在する場合のアンテナ特性を示している。この図５からわかるように、アンテナエレメントと対向する場所にグランドが存在する場合、及びアンテナエレメントと対向する場所にグランドが存在しない場合、いずれの場合もグランド長Ｌｇが１３０ｍｍ〜１３５ｍｍの間でアンテナの帯域が最も広くなることがわかる。

特開平１１−８８２０９公報（第５頁〜第６頁：図１１〜図１３）

しかし、折り畳み式の携帯電話機に内蔵アンテナを用いた場合、伸縮式のホイップアンテナや固定式のヘリカルアンテナに比べ、帯域幅が狭くなる問題があった。

具体的には、前述のように内蔵アンテナは、折り畳み式の携帯電話機の上記第１の筐体の上端部、或いは上記第２の筐体の下端部に設けられるのであるが、ヒンジとして金属製のヒンジが用いられていた場合、図７に示すように上下のグランドがこの金属製のヒンジを介して電気的に接続されるため、通話時に第１，第２の筐体を開成させた際に、グランド長が１７０ｍｍ〜１８０ｍｍと長くなり、伸縮式のホイップアンテナや固定式のヘリカルアンテナを設けた場合に比べ、帯域幅が狭くなっていた。

図９（ａ），（ｂ）に、グランド長が長くなった場合における、インピーダンス特性を示す。図９（ａ）は、スミスチャートのインピーダンスチャート、図９（ｂ）は、周波数と電圧定在波比との関係を示す特性図である。この図９（ａ），（ｂ）からわかるように、グランド長が１７０ｍｍ〜１８０ｍｍと長くなると、帯域幅が約１００ＭＨｚに狭まることが確認された。

一方、図８に示すように樹脂等の非金属のヒンジが用いられていた場合も同様であり、この場合、上下のグランドが電気的に接続されないため、上下のグランドのグランド長が、それぞれ独立したグランド長となり、折り畳み式の携帯電話機を開成させても、８０ｍｍ〜９０ｍｍ程度の短過ぎるグランド長となり、やはり、帯域幅が狭くなっていた。

図１０（ａ），（ｂ）に、グランド長が短か過ぎる場合における、インピーダンス特性を示す。図１０（ａ）は、スミスチャートのインピーダンスチャート、図１０（ｂ）は、周波数と電圧定在波比との関係を示す特性図である。この図１０（ａ），（ｂ）からわかるように、グランド長が８０ｍｍ〜９０ｍｍと短くなると、やはり帯域幅が約６７ＭＨｚに狭まることが確認された。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、アンテナのグランド長を最適なグランド長に電気的に変化させることでアンテナ特性を向上させたアンテナ装置、及び移動体通信端末装置の提供を目的とする。

本発明は、グランドとグランドとの間に、容量性リアクタンス成分として機能する容量性リアクタンス形成手段を設けることで、グランド長を電気的に最適な長さとして、アンテナの帯域幅を広げ、アンテナ特性の向上を図る。

本発明は、容量性リアクタンス形成手段により、グランドとグランドとの間に容量性リアクタンス成分を形成することができるため、グランド長を電気的に最適な長さとすることができ、アンテナの帯域幅を広げ、アンテナ特性の向上を図ることができる。

［第１の実施の形態］
本発明は、８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの周波数帯を利用する、例えばＰＤＣ方式（PDC：Personal Digital Cellular）やＣＤＭＡ方式（CDMA：Code Division Multiple Access）の携帯電話機に適用することができる。

〔携帯電話機の構成〕
図１（ａ），（ｂ）に、この本発明の実施の形態となる、いわゆる折り畳み式の携帯電話機の構成を示す。この図１は、当該携帯電話機が開成状態（通話状態＝使用状態）のときの図である。このため、携帯時には、ヒンジ部３を介して折り畳み可能となっているものと理解されたい。また、この図１は、第１，第２の筐体、マイクロホン部、スピーカ部、液晶表示部、制御部、カメラ部、アンテナ整合回路等の図示は省略されている。さらに、折り畳み式の携帯電話機では、通常、上側の筐体内に設けられた回路（例えば、液晶表示部やレシーバ等）と、下側の筐体内に設けられた回路（キー操作部等）とを、中継フレキシブル基板を介して電気的に接続するのであるが、この中継フレキシブル基板の図示も省略されているものと理解されたい。

この携帯電話機は、図１（ａ），（ｂ）に示すように上側の筐体（第１の筐体）に設けられた上側グランド１と、下側の筐体（第２の筐体）に設けられた下側グランド２とをヒンジ部３を介して相互に接続した構成を有している。

上下のグランド１，２は、それぞれガラエポキシ基板（比誘電率 ε＝４．４、誘電正接 tanδ＝０．０４）で構成されている。この上下のグランド１，２は、それぞれ８０ｍｍのグランド長を有し、横幅が３５ｍｍとなっている。また、各筐体を開成状態とすると、上記ヒンジ部３を含めた全長が約１７０ｍｍとなっている。

内蔵アンテナのアンテナエレメント４は、給電部５を介して上側グランド１と電気的に接続されたうえで、該上側グランド１の上端部１ａから上方向に例えば８ｍｍ程度、離れるように設けられている。なお、この例では、内蔵アンテナのアンテナエレメント４を上側グランド１の上端部から離して設けることとしたが、アンテナエレメント４を、下側グランド１の下端部２ａから下方向に離して設けるようにしてもよい。さらに、この例では、アンテナエレメント４の裏側にグランドが存在しない状態なのであるが、アンテナエレメント４の裏側に上側グランド１或いは下側グランド２が存在するように、該アンテナエレメント４を設けてもよい（図６（ｂ）参照）。

ヒンジ部３は、上側グランド１と接続される上側のヒンジフレーム３ａ及び下側グランド２と接続される下側グランド３ｂを含め、全体的に金属で形成されている。このヒンジ部３は、下側のヒンジフレーム３ｂが下側グランド２に対して直接的に接続されているのであるが、上側のヒンジフレーム３ａは上側グランド１に対して直接的に接続されておらず、図１（ｃ）に示すように「容量性リアクタンス成分」として機能するスペーサ６を間に挟んで上側グランド１と間接的に接続されている。

〔スペーサ（容量性リアクタンス成分）の作用〕
具体的には、このスペーサ６は、例えばＰＥＴ樹脂（PET：Polyethylene Terephthalate）、ＡＢＳ樹脂（ABS：Acrylonitrile Butadiene Styrene）、ゴム等の非導電部材で形成されている。このスペーサ６の比誘電率を「εr」、上側グランド１及び下側グランド２の重なり面積を「Ｓ」、ギャップ長（スペーサ６の厚さ）を「ｄ」、容量を「Ｃ」とすると、このスペーサ６は、「Ｃ＝（ε0・εr・Ｓ）／ｄ」の容量を有するコンデンサとなる（ε0は真空の誘電率：８．８５４×１０のマイナス１２乗 ［F/m］）。これは、スペーサ６が「容量性リアクタンス成分」として作用していることを意味している。この容量性リアクタンス成分は、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消し、グランド長を最適な長さとするように作用する。

すなわち、金属製のヒンジ部により、上下のグランド１，２が電気的に接続されている状態では、各筐体を開成させたときにグランド長が長くなってしまう。反対に、非金属製のヒンジ部により、上下のグランド１，２が電気的に接続されていない状態では、各筐体を開成させたときにグランド長が短くなってしまう。このため、金属製のヒンジ部３を用いて上下のグランド１，２を接続する際に、スペーサ６を介して両者の接続を図る。

換言すれば、金属製のヒンジ部３により上下のグランド１，２を接続する際に、スペーサ６を挟むことで、上下のグランド１，２を適度に電気的な接続を図る。この「適度」とは、各筐体を開成させたときのグランド長が長過ぎず、短過ぎず、最適なアンテナ特性を得られるようにとの意味である。従って、スペーサ６としては、この最適なアンテナ特性を得られるよ上記容量性リアクタンス成分が形成されるように、その部材や厚み等が選択されて形成されることとなる。

なお、前述のように第１，第２の筐体内に設けられた各回路は、中継フレキシブル基板を介して電気的に接続されているのであるが、この中継フレキシブル基板は、繰り返し行われる第１，第２の筐体の開閉操作に対して耐久性を持たせるために、ヒンジ部に一巻き或いは二巻き程度、巻き付けられている。この巻き付けにより、中継フレキシブル基板がコイル的に作用することが懸念される。しかし、一巻き或いは二巻き程度であれば、大きめの誘導性リアクタンス成分となるため、この中継フレキシブル基板は、高周波的にはオープンに見えるため、略々無視することができる。

図２（ａ），（ｂ）に、この例の場合（上下のグランド１，２のグランド長＝８０ｍｍ、横幅が３５ｍｍ、各筐体を開成状態とした場合のヒンジ部３を含めた＝約１７０ｍｍ）のインピーダンス特性を示す。図２（ａ）は、スミスチャートのインピーダンスチャート、図２（ｂ）は、周波数と電圧定在波比との関係を示す特性図である。

この図２（ａ），（ｂ）から、金属製のヒンジ部３を用いて上下のグランド１，２を接続する際に、スペーサ６を介して両者の接続を図ることで、内蔵アンテナ４の帯域幅が約１３６ＭＨｚに向上したことがわかるであろう。

このスペーサ６を設けることで、図９に示すグランド長が長過ぎる場合（約１００ＭＨｚの帯域幅）と比較して約３６ＭＨｚ、帯域幅が向上し、図１０に示したグランド長が短か過ぎる場合（約６７ＭＨｚの帯域幅）と比較して約６９ＭＨｚ、帯域幅が向上した。

〔第１の実施の形態の効果〕
以上の説明から明らかなように、この第１の実施の形態の携帯電話機は、上下のグランド１，２を金属製のヒンジ部３で接続する際に、グランドとヒンジフレームとの間に、容量性リアクタンス成分として作用するスペーサ６を設ける。

これにより、スペーサ６の容量性リアクタンス成分により、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消すことができ、筐体を開成したときのグランド長を最適な長さとすることができ、アンテナ特性の向上を図ることができる。

なお、この例では、上側のヒンジフレーム３ａをスペーサ６を介して上側グランド１と接続することとしたが、これは、下側のヒンジフレーム３ｂをスペーサ６を介して下側グランド２と接続するようにしてもよい。また、上側のヒンジフレーム３ａをスペーサ６を介して上側グランド１と接続すると共に、下側のヒンジフレーム３ｂも、スペーサ６を介して下側グランド２と接続するようにしてもよい。いずれの場合も、上述と同様の効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の携帯電話機の説明をする。上述の第１の実施の形態の携帯電話機は、スペーサ６で容量性リアクタンス成分を形成するものであったが、この第２の実施の形態の携帯電話機は、ヒンジ部のヒンジフレームと上側グランド１との間に所定のギャップ（空隙部）を設けることで容量性リアクタンス成分を形成するようにしたものである。

なお、この第２の実施の形態と上述の第１の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下の第２の実施の形態の説明では、この差異の部分の説明のみ行うことで、上述の第１の実施の形態と重複する説明は省略することとする。

〔第２の実施の形態の構成〕
この第２の実施の形態の携帯電話機は、図３（ａ），（ｂ）に示すようにヒンジ部１１により上下のグランド１，２が接続されているのであるが、このヒンジ部１１の上側のヒンジフレーム１１ａ、及び下側のヒンジフレーム１１ｂがそれぞれ金属で形成されている。

また、上側のヒンジフレーム１１ａの上端部１２と、上側のグランド１の下端部１ｂとが、所定のギャップ１３を形成した状態で対向するように、ヒンジフレーム１１ａと、上側のグランド１とが、図中点線で示す非金属製の接続部材１４で接続されている。

〔ギャップの作用〕
このギャップ１３は、最適なアンテナ特性が得られるギャップ長となっており、図３（ｃ）に示すように上述のスペーサ６と同様に、容量性リアクタンス成分として作用する。

〔第２の実施の形態の効果〕
これにより、上述の第１の実施の形態の携帯電話機と同様に、ギャップ１３により形成された容量性リアクタンス成分により、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消すことができ、筐体を開成したときのグランド長を最適な長さとしてアンテナ特性の向上を図ることができる。

なお、この第２の実施の形態の説明では、上側のヒンジフレーム１１ａと上側のグランド１との間に所定のギャップ１３を設けることとしたが、これは、下側のヒンジフレーム１１ｂと下側のグランド２との間に所定のギャップを設けるようにしてもよい。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態の携帯電話機の説明をする。

〔第３の実施の形態の構成〕
この第３の実施の形態の携帯電話機は、図４（ａ），（ｂ）に示すようにヒンジ部２１の上側のヒンジフレーム２１ａと上側の筐体とが樹脂等の非金属で一体的に形成されており、上側のグランド１は、このヒンジフレーム２１ａ上に設けられている。これに対して、ヒンジ部２１の下側のヒンジフレーム２１ｂは金属で形成されており、下側のグランド２と接続されている。

この状態において、非金属上に設けられた上側のグランド１は、下側のグランド２に対して電気的接続がなされ難いため、容量性リアクタンス成分が形成され難くなる。このため、この第３の実施の形態の携帯電話機では、金属性の延長エレメント２２により、上側のグランド１とヒンジ部２１の回転軸部分とを接続している。

〔延長エレメントの作用〕
この金属性の延長エレメント２２で上側のグランド１とヒンジ部２１の回転軸部分とを接続することで、図４（ｂ）に示すように上側のグランド１と下側グランド２との間に、非金属の上側のヒンジフレーム２１ａの厚み分のギャップ２３が形成される。そして、このギャップ２３により、図４（ｃ）に示すように上側のグランド１と下側グランド２との間に容量性リアクタンス成分が形成されることとなる。

〔第３の実施の形態の効果〕
これにより、上述の各実施の形態の携帯電話機と同様に、ギャップ２３により形成された容量性リアクタンス成分により、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消すことができ、筐体を開成したときのグランド長を最適な長さとしてアンテナ特性の向上を図ることができる。

なお、この第３の実施の形態において、図４（ａ）に延長エレメント２２を２つ図示しているが、これは、一つでもよい。また、上側の筐体と上側のヒンジフレーム２１ａとが非金属で一体的に形成されていることとしたが、下側の筐体と下側のヒンジフレーム２１ｂとを非金属で一体的に形成するようにしてもよい。この場合、下側のグランド２に上記延長エレメント２２が設けられることとなる。

［本発明の他の適用例］
なお、上述の各実施の形態の説明では、アンテナとして内蔵アンテナ４が設けられていることとして説明をしたが、これは、ヘリカルアンテナ，ロッドアンテナ，ホイップアンテナ等を設けるようにしてもよい。

また、一例として当該携帯電話機は８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの帯域で通信を行うものであることとしたが、本発明は、他の周波数帯域を使用して通信を行う機器に適用しても上述と同様の効果を得ることができる。

最後に、上述した本発明を実施するための最良の形態は、本発明の一例として理解されたい。すなわち、本発明は、一例として掲げた上述の実施の形態に限定されることはなく、上述の実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論であることを付け加えておく。

本発明を適用した第１の実施の形態となる携帯電話機の構成を示す図である。 第１の実施の形態となる携帯電話機のアンテナ特性を説明するための図である。 本発明を適用した第２の実施の形態となる携帯電話機の構成を示す図である。 本発明を適用した第３の実施の形態となる携帯電話機の構成を示す図である。 グランド長に対するアンテナ特性の変化を説明するための図である。 従来の携帯電話機の構成を示す図である。 従来の携帯電話機のアンテナのグランド長を説明するための図である。 従来の他の携帯電話機のアンテナのグランド長を説明するための図である。 従来の携帯電話機のアンテナ特性を説明するための図である。 従来の他の携帯電話機のアンテナ特性を説明するための図である。

符号の説明

１ 上側のグランド、２ 下側のグランド、３ ヒンジ部、３ａ 上側のヒンジフレーム、３ｂ 下側のヒンジフレーム、４ 内蔵アンテナ、５ 給電部、６ スペーサ、１１ ヒンジ部、１３ ギャップ、１４ 接続部材、２１ ヒンジ部、２１ａ 上側のヒンジフレーム、２１ｂ 下側のヒンジフレーム、２２ 延長エレメント、２３ ギャップ

Claims (6)

1. アンテナエレメントと、
   上記アンテナエレメントの複数のグランドと、
   上記各グランドの間に容量性リアクタンス成分を形成する容量性リアクタンス形成手段と
   を有するアンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置であって、
   上記容量性リアクタンス形成手段は、非金属製のスペーサであること
   を特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１記載のアンテナ装置であって、
   上記容量性リアクタンス形成手段は、上記各グランドの間に所定のギャップを形成するギャップ形成手段であること
   を特徴とするアンテナ装置。
4. アンテナエレメントと、
   上記アンテナエレメントのグランドとなる、物理的に複数に分割された基板と、
   上記各基板である各グランドの間に容量性リアクタンス成分を形成する容量性リアクタンス形成手段とを有すること
   を特徴とする移動体通信端末装置。
5. 請求項４記載の移動体通信端末装置であって、
   上記容量性リアクタンス形成手段は、非金属製のスペーサであること
   を特徴とする移動体通信端末装置。
6. 請求項１記載の移動体通信端末装置であって、
   上記容量性リアクタンス形成手段は、上記各グランドの間に所定のギャップを形成するギャップ形成手段であること
   を特徴とする移動体通信端末装置。

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