JP2005354501A - 携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体形状とアンテナ配置を工夫することにより、着衣ポケットに収納して使用した際でも常に高いアンテナ感度を得ること。
【解決手段】 ポケット収納型の携帯無線端末１の筐体２は、平面形状であるＡ面と中央部付近の一部または全体に突起部２ａが形成されたＢ面とからなり、アンテナ素子３はＢ面の突起部２ａにＡ面と平行に配置されている。Ｂ面が突起あるいは湾曲した形状になっているため、携帯無線端末１を着衣ポケットに携帯して使用する際には、使用者が無意識のうちにＡ面が人体側に接した状態で装着されることになる。そのため、携帯無線端末１は、常にアンテナ素子３が人体から最も遠い位置で人体との距離を保ったまま着衣ポケット内に収納される状態となる。よって、アンテナ素子３の電磁波は人体による影響を受けにくいので、携帯無線端末１は常に良好なアンテナ利得や高いアンテナ感度を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハンディタイプな携帯電話機や携帯無線機などの携帯無線端末に関し、特に、筐体形状やアンテナに改良を加えたポケット収納型の携帯無線端末に関する。

従来より、携帯電話機や携帯無線機などの小型な携帯無線端末は、ユーザの着衣ポケットに装着して使用される場合が多い。そのような使用状態では、携帯無線端末に取り付けられたアンテナが人体に近接するので、アンテナの入力インピーダンスが変化してアンテナ回路が不整合になったりアンテナから放射される電磁波の一部が人体に吸収されたりしてアンテナ利得が劣化するおそれがある。例えば、携帯電話機で通信を行う場合は、信号波長が３７ｃｍ程度以下である８００ＭＨｚ帯以上の極超短波の周波数が使用されているが、着衣ポケットに装着可能な小型な携帯電話機では、筐体の厚さがせいぜい３０ｍｍ以下に制限されているため、波長の長さに比べて携帯電話機に極めて近い位置にアンテナが配置されることになる。そのため、人体による電磁波の吸収やアンテナのインピーダンス不整合などによってアンテナ利得が大きく劣化することがある。

そのため、従来の携帯電話機は、人体に近接するレシーバ面からできる限り遠ざけた位置にアンテナを配置することによって、通話状態におけるアンテナ利得の改善を図っている。また、下記の特許文献１に開示されているアンテナ装置では、人体装着時の使用状態によるアンテナインピーダンスの変化に対応して、無線回路の内部インピーダンスと整合回路の入力インピーダンスとを共役整合させることにより、インピーダンス不整合によるアンテナ利得の低下を防止している。さらに、下記の特許文献２に開示されたアンテナ装置では、携帯電話機を胸ポケットに固定するためのクリップをアンテナの一部として動作させることにより、携帯電話機本体が間に介在してアンテナと人体との距離を遠ざけると共に、携帯電話機本体による電磁波のシールド効果によって、人体の影響によるアンテナ利得の劣化を軽減している。また、下記の特許文献３に開示されたアンテナ装置では、２つのヘリカルアンテナを、波長に比べて十分に小さい間隔で接地板に接近させて平行に配置することにより、接地板に流れる電流成分を減らし、人が手で持ったときの影響を抑えてアンテナ特性の改善を図っている。
特開２００１−２６７９５３公報 特開平１１−２７３５５公報 特開２００１−１５６５１７公報

しかしながら、上記従来の携帯電話機では、ポケットに装着した場合には必ずしもアンテナが人体から離れた側に携帯電話機が収納されるとは限らない。したがって、もし、アンテナ側が人体に近接してポケットに収納された場合には、インピーダンスの不整合及び人体における電磁波の吸収によって、アンテナ感度が大きく劣化してしまうおそれがある。また、上記の特許文献１の技術では、携帯電話機のポケットへの収納状態によって人体とアンテナとの距離が変化してしまった場合は、インピーダンス変化に対応して整合条件を変化させなければならないので、そのための整合回路や制御回路が必要となって製品がコスト高となってしまうなどの問題がある。さらに、特許文献２の技術では、クリップを胸ポケットに挟むようにして携帯電話機を装着した際には、常にアンテナが人体から遠ざかるように配置されるが、クリップを使用しないで携帯電話機をポケットに収納した場合には必ずしもアンテナを人体と遠ざけて装着するとは限らない。さらに、カードタイプの薄い携帯無線端末などにおいては、クリップ構造を薄型化して機械的強度を確保することが難しい。また、特許文献３の技術では、人が手で持って使用するときのアンテナ特性は改善されるものの、携帯電話機をポケットに収納した状態では依然として人体の影響によるアンテナ特性の劣化は改善されない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、携帯電話機や携帯無線機などの小型な携帯無線端末を着衣ポケットに装着して使用した際に、使用者が無意識のうちにアンテナを人体から遠ざけて使用するような筐体形状及びアンテナ配置とすることで、常に良好なアンテナ利得や高いアンテナ感度を確保できるような携帯無線端末を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る携帯無線端末はポケット収納型の携帯無線端末であって、外面が平面形状である第１の面と外面の中央部付近の少なくとも一部分に突起部が形成されている第２の面とを有する筐体と、第１の面から最も離れた位置にある第２の面の突起部に第１の面と平行に配置されたアンテナ素子とを備える構成を採る。

上記の構成によれば、携帯無線端末を着衣ポケットに装着するときの安定した使用感から、使用者が常に外面が平面形状である第１の面を人体に近接して装着することを期待することができる。したがって、使用者が携帯無線端末を着衣ポケットに収納するときは、突起部が形成されている第２の面に設置されたアンテナ素子を無意識のうちに人体から最も遠ざけて配置することができる。そのため、アンテナ素子の電磁波が人体に影響する割合が少なくなるので高いアンテナ利得を確保することができる。また、第１の面が人体にほぼ密着されることにより、人体とアンテナ素子の距離は常に一定となるため、アンテナ素子のインピーダンス整合条件が変化しないので高いアンテナ利得を安定的に得ることができる。さらに、筐体を樹脂で構成すればアンテナ素子を筐体内に完全に内蔵することができるため、薄型でかつ機械的強度の高い小型な携帯無線端末を実現することができる。

また、本発明に係る携帯無線端末においては、アンテナ素子は、モノポールやヘリカルやメアンダを対に使用したダイポール形状又はループ形状の構成を採る。あるいは、アンテナ素子は複数個並べたアレー状の構成を採る。このような構成によれば、無線機基板上に高周波電流が流れることはなく、アンテナ素子からのみ電磁波が放射するので、人体から離れた位置に放射源（つまりアンテナ素子）を配置することができるので、高いアンテナ利得が安定して得られる。

また、本発明に係る携帯無線端末は、導電性基板が第１の面に平行に配置され、その導電性基板の最大長さはアンテナ素子の動作周波数の２分の１波長以上である構成を採る。このような構成によれば、導電性基板がアンテナ素子と人体との間に介在することによって人体方向に高いシールド効果が得られるため、高いアンテナ利得が安定して得られる。さらに、導電性基板の長さが２分の１波長以上であるために反射板として動作するので、人体と反対方向に指向性を形成することができ、携帯無線端末の装着時に高いアンテナ利得が安定して得られる。さらに、ダイポール形状、あるいはループ形状のアンテナ素子を用いているので導電性基板に高周波電流が流れず、アンテナ素子のみの形状で偏波を操作可能であるため、到来波の偏波に合わせた偏波指向性を実現することができ、高いアンテナ利得が安定して得られる。

また、本発明に係る携帯無線端末においては、アンテナ素子は線状モノポールアンテナ又は板状モノポールアンテナであって、第１の面に平行に配置された導電性基板と線状モノポールアンテナ又は板状モノポールアンテナは平行に配置されて逆Ｌアンテナ又は逆Ｆアンテナとして動作するような構成を採る。このような構成によれば、導電性基板とアンテナ素子全体が放射源として機能するため、ポケット収納可能な筐体サイズの中に比較的低い周波数で動作するアンテナを構成することができる。さらに、主たる放射源であるアンテナ素子が人体から離れた位置に配置されるため、比較的低い周波数でも高いアンテナ利得が安定して得られる。

本発明によれば、携帯無線端末を着衣ポケットに収納する際にアンテナ素子を無意識のうちに人体から最も遠ざけて配置することができ、人体とアンテナの距離が常に一定となるため、高いアンテナ利得が安定して得られる。さらに、アンテナ素子を筐体内に完全に内蔵することができるため、薄型でかつ機械的強度の高い小型な携帯無線端末を実現することができる。また、導電性基板からなる無線機基板上に高周波電流が流れず、アンテナ素子からのみ電磁波が放射するので、人体から離れた位置に放射源となるアンテナ素子を配置することができる。さらに、無線機基板が人体との間に介在することによって人体方向に高いシールド効果が得られるため、高いアンテナ利得が安定して得られる。また、無線機基板の影響を受けずにアンテナ素子の偏波を操作することがきるため、到来波の偏波に合わせた偏波指向性を実現することが可能となる。

さらに、無線機基板の長さを動作周波数の２分の１波長以上とすることで、無線機基板が反射板として動作し、人体と反対方向に指向性を形成することができ、携帯無線端末を人体に装着するときに高いアンテナ利得が安定して得られる。また、無線機基板とアンテナ素子全体が放射源として機能するため、ポケット収納可能な筐体サイズの中に比較的低い周波数で動作するアンテナを構成できるとともに、主たる放射源であるアンテナ素子が人体から離れた位置に配置されるため、比較的低い周波数でも高いアンテナ利得が安定して得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明におけるポケット収納型の携帯無線端末の実施の形態の幾つかを詳細に説明する。なお、各実施の形態で用いる図面で同一の構成要素は同一符号を付し、かつ重複する説明は省略することにする。

まず、理解を容易にするために本発明における携帯無線端末の概要について説明する。本発明によるポケット収納型の携帯無線端末は、筐体が平面形状である第１の面（Ａ面）と中央部付近の一部または全体に突起が形成された第２の面（Ｂ面）とによって形成されている。そして、アンテナ素子がＢ面の突起部分にＡ面と平行に配置されている。筐体のＢ面が突起あるいは湾曲した形状になっているため、使用者が携帯無線端末を着衣ポケットに携帯して使用する際には、無意識のうちに平面形状であるＡ面が人体側に接した状態でポケットに収納される。そのため、携帯無線端末は、常にアンテナ素子が人体から最も遠い位置で人体との距離を保ったまま着衣ポケット内に収納される状態となる。これによって、アンテナ素子の電磁波は人体による影響が軽減されるので、携帯無線端末は常に良好なアンテナ利得や高いアンテナ感度を確保することができる。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図である。図１に示すように、本実施の形態の携帯無線端末１は、筐体２が、平面形状となっているＡ面（第１の面）と、筐体２の長手方向に沿って中央付近が突起形状となっているＢ面（第２の面）とからなり、全体として三角柱の形状となっている。なお、操作面や表示面は筐体２のＡ面に構成されており、中央部分に給電部４を備えたアンテナ素子３は、筐体２のＢ面の突起部２ａにＡ面の長手方向と平行に配置されている。図１に示すような形状の携帯無線端末１は、使用者が着衣ポケットに収納して使用する際に、携帯無線端末１の収納のし易さ及び使用感から、常に、平面形状となっているＡ面が人体側に近接するように携帯無線端末１が装着されることが期待できる。

なお、図１に示す携帯無線端末１の下部には座標系が示されている。つまり、右手の人差指と中指と親指とをそれぞれ直角にしたとき、中指をＸ軸方向（図の紙裏から紙表に向かう方向）、親指をＹ軸方向（図の左から右に向かう方向）、人差指をＺ軸方向（図の下部から上部に向かう方向）に向けるような座標系が示されている。

図２は、図１のポケット収納型携帯無線端末を使用者がポケットに収納して使用している状態を示す概念図である。図２の例では、ワイシャツの胸のポケット６に携帯無線端末１を収納し、イヤホンマイクセット７を使って通話する状況を想定している。この場合、携帯無線端末１は胸のポケット６よりやや小さいサイズであり、Ｂ面の中央付近が突起した形状となっているため、使用者はＡ面側を人体５に向けて携帯無線端末１を収納する使用形態が一般的となる。したがって図２に示す座標系は図１の座標系と同じである。

図１及び図２においては、アンテナ素子３と人体５の近接側となるＡ面との距離Ｄは筐体２の三角柱の形状に依存されており、Ｂ面の突起部２ａを含めた筐体２全体の厚さが厚いほど、アンテナ素子３と人体５との距離Ｄを大きく確保することができる。

以下、このアンテナ素子３の動作について、図１から図５を用いて詳細に説明する。図１において、アンテナ素子３は携帯電話内蔵用のヘリカルダイポールアンテナとして動作する。ここでは、携帯無線端末１を携帯電話機とした場合において、携帯電話機の電波の周波数を１.５ＧＨｚ（波長が２００ｍｍ）として説明する。ポケット６に収納できる携帯無線端末１の筐体２のサイズは、例えば幅５０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ２1ｍｍと設定すると、０.２５波長×０.４０波長×０.１０５波長に相当する。このとき筐体２の中に内蔵できるアンテナ素子３の軸長Ａｚはせいぜい６０ｍｍ以下、つまり０.３０波長となるが、アンテナ素子３を動作周波数で共振させるためには電気長を０.５０波長とすることが望ましいため、通常はアンテナ素子３にはヘリカル形状又はメアンダ形状の波長短縮を行う素子が組み込まれる。図１では、軸長Ａｚ＝３５ｍｍ（０.１７５波長）、ヘリカル径２ｒ＝１ｍｍ、１００ターンのヘリカル形状のダイポールアンテナ素子を用いた例を示している。

ここで、アンテナ素子３は筐体２の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って、Ｂ面の突起部２ａに沿って密着して取り付けられている。このようにしてＢ面の突起部２ａに密着してアンテナ素子３を取り付けることによって、Ａ面とアンテナ素子３の軸中心との距離Ｄを最大とすることができる。図１の場合では、凡そＤ＝２０ｍｍとなる。

図３は、図１に示す実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末のアンテナ放射特性を示す特性図である。つまり、この図は、軸長Ａｚ＝３５ｍｍ、ヘリカル径２ｒ＝１ｍｍのヘリカル形状ダイポールアンテナであるアンテナ素子３を人体５に近接して配置したときのアンテナ放射特性を示した図である。なお、アンテナ素子３は自由空間で整合されたものを用いている。図３（ａ）の横軸は人体５とアンテナ素子３との距離Ｄ（ｍｍ）、縦軸は水平面内（座標軸のＸＹ面内）の垂直偏波のアンテナ利得（ｄＢ）を示している。なお、この放射特性図では、Ｄ＝２０ｍｍのときのアンテナ利得を０ｄＢとして表示している。また、図３（ｂ）は距離Ｄ＝５ｍｍのときの水平面内（ＸＹ面内）の指向性パターンを示し、図３（ｃ）は距離Ｄ＝２０ｍｍのときの水平面内（ＸＹ面内）の指向性パターンを示している。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、人体５とアンテナ素子３との距離Ｄを大きくすることによって、水平面内（ＸＹ面内）の指向性パターンが大きくなってアンテナ利得が大幅に改善している様子が分かる。図３（ａ）では、距離Ｄを５ｍｍから２０ｍｍにすることによって、水平方向において約１５ｄＢものアンテナ利得の改善効果があり、距離Ｄが２０ｍｍでほぼ飽和している。

Ｄ＝５ｍｍとは、アンテナ素子３をＡ面側に配置した場合、あるいはＢ面を人体５側に向けて、携帯無線端末１をやや浮かしながらポケットに収納した場合を想定しており、この場合は、人体５によってアンテナ性能が大きく劣化する様子が分かる。これは、アンテナ素子３が波長に比べて小形であるため、周波数帯域が狭くてインピーダンスの不整合が生じやすいことと、アンテナ素子３の人体５への近接に伴って人体５によるアンテナ素子３からの電磁波の吸収量が増加することとの、両者の作用に起因して生じている現象である。

図１に示す実施の形態１の携帯無線端末１の場合は、筐体２の厚さを２１ｍｍとしているが、仮にさらに薄型な筐体サイズとして厚さを１６ｍｍとした場合でも、Ｄ＝１５ｍｍを確保できるため、アンテナ素子３をＡ面側に配置した場合（Ｄ＝５ｍｍ）と、Ｂ面の突起部２ａに配置した場合（Ｄ＝１５ｍｍ）では約１４ｄＢものアンテナ性能の改善効果がある。

すなわち、人体５に近接して使用されるアンテナ素子３の場合は、人体５とアンテナ素子３との距離Ｄがアンテナ性能を大きく左右するため、携帯無線端末１の使用状態に応じてできる限り距離Ｄを大きく確保する必要がある。さらに、人体５への近接によるアンテナ素子３のアンテナ入力インピーダンスの変化を抑えるために、人体５とアンテナ素子３の距離がなるべく変化しないようにアンテナ素子３を配置する必要がある。

ここで、使用者は、携帯無線端末１を胸のポケット６に収納するときの安定感から、無意識のうちにアンテナ素子３を胸から離した向きにして携帯無線端末１を胸のポケット６へ収納する。このようにして、筐体２のＡ面を人体５側に向けて携帯無線端末１を使用することによって、アンテナ配置面であるＢ面を人体５側に向けるよりも快適であるし使用上も便利である。しかも、このような携帯無線端末１のポケット６への収納の向きによって、必然的にアンテナ素子３の指向性も改善される。

つまり、図１に示す実施の形態１の例では、筐体２のＢ面の中央部にアンテナ格納部である突起部２ａが設けられているため、Ｂ面を人体５側に向けてポケットに収納すると、突起部２ａが胸に当たり不快であると共に、携帯無線端末１が安定してポケット６内に格納されないため不便である。そこで、ポケット収納時に突起部２ａが使用者に認知されるためには、十分な突起量が必要である。突起量の定義を“筐体２の最大厚さ−最小厚さ”と定義すれば、図１に示す実施の形態１の携帯無線端末１の場合では突起量は２１ｍｍに相当し、十分な大きさになる。この突起量は使用者が認知できるだけの必要かつ十分な大きさとして、通常は５ｍｍ以上であれば突起部２ａ側を人体に向けて収納されることの防止効果が期待できる。

なお、図１に示す実施の形態１では携帯無線端末１の筐体形状を三角柱としたために、Ｂ面の中央に向かって全体的に突起が形成されているが、Ｂ面の中央付近に突起部２ａが存在していて、人体５への近接側のＡ面が平面であれば、図１に示すような筐体形状に限ることはなく、他の形状であってもよい。

図４は、本発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末の筐体形状のバリエーションを示す図である。つまり、図４では、筐体２のＢ面の中央付近に突起部を構成できる筐体形状の幾つかの例を示している。例えば、図４（ａ）では、Ｂ面の形状を、円柱を２つに割ったカマボコ型の形状にすることにより、Ｂ面の突起部を湾曲状に構成している。このような構成にすれば、仮に突起部の存在するＢ面側を人体５側に向けて収納しても、ポケットの中で突起部が移動して安定しないために、使用感が悪くなって不便であるので、必然的に、使用者は筐体２のＡ面を人体５側に向けて使用することになる。このため使用者がアンテナ素子３の位置を意識することなく、アンテナ素子３を人体５から離して使用することになり、結果として高いアンテナ利得を得られる。

また、図４（ｂ）では、筐体２のＢ面を半円状の面として突起部を形成した構成としている。このような突起部の形状にすることによって、アンテナ素子３には図４（ａ）と同様な作用効果が得られる。なお、図４（ｂ）のようにＢ面の全体を半円形にしなくてもＢ面の一部分が半円形に形成されていてもよい。このように部分的に半円形による突起部を設ける場合は、使用者が認知できるだけの十分な突起量が必要であり、例えば、半円形の突起部の突起量は５ｍｍ程度以上であることが望ましい。

図４（ｃ）では、筐体２のＢ面をＡ面より小さい面積の平面としてＢ面側に台形状の突起部を形成した構成としている。このような突起部の形状にすることによってアンテナ素子３には図４（ａ）と同様な作用効果が得られる。なお、図４（ｃ）のようにＢ面の突起部が平面である場合は、Ｂ面を人体５側にして収納すると不安定になるようにＡ面の面積とＢ面の突起部の面積との比を適切に設定する必要がある。また、Ａ面の横幅に対する筐体２の厚さの比も適切に設定する必要がある。図４（ｃ）の例では、Ａ面の横幅５０ｍｍに対して、Ｂ面の突起部の横幅を２５ｍｍ、突起部の厚さを１０ｍｍとしており、Ａ面とＢ面の突起部の面積比を２：１、横幅に対する筐体１の厚さの比を５：１としている。

図４（ｄ）では、筐体２のＡ面の平面形状を長手方向に長い楕円形状とし、Ｂ面の中央部分が最も高くなって全体的に盛り上がるような形状をした構成としている。Ｂ面をこのような曲面状の突起部形状とすることで、図４（ａ）と同様な作用効果が得られる。なお、図４（ｄ）のようにＢ面が上下方向（Ｚ軸方向）でも湾曲している場合は、Ｂ面側を人体５に向けてポケット６に収納すると、左右方向（Ｙ軸方向）での不安定感だけでなく、上下方向（Ｚ軸方向）にも不安定となるため、Ｂ面側がより少ない突起量であっても図４（ａ）と同様な作用効果が得られることが期待できる。

次に、図１及び図５を用いて、本発明の実施の形態１における携帯無線端末１のアンテナ素子３の構成例及びそれぞれのアンテナ素子３の効果について説明する。図１の実施の形態１ではアンテナ素子３にヘリカルダイポールアンテナを用いており、アンテナ素子３の中央部に設けられた給電部４を給電点とする電界検出型の平衡系アンテナとなっている。また、軸長Ａｚ＝３５ｍｍに対して、ヘリカル径２ｒ＝１ｍｍと小さいので、放射の主たる偏波成分は軸方向成分（Ｚ方向成分）となり、ノーマルモードヘリカルダイポールアンテナとして動作している。さらに、アンテナ素子３は、その全長は凡そ０.５０波長となっていて、人体５の近傍に一定の距離で配置したときに動作周波数に整合が取れるように調整されている。このアンテナ素子３をＺ軸に沿って配置した場合、アンテナ素子３の放射電波は垂直偏波成分が主になり、携帯電話機の基地局アンテナの主偏波である垂直偏波成分に一致するため、より高いアンテナ感度の性能が得られる。

図５は、本発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末におけるアンテナ素子の他の構成例を示す図である。図５（ａ）は、アンテナ素子３として、波長短縮を行う素子を使わずに、電気長と物理長がほぼ一致しているモノポール素子１１によってダイポールアンテナを構成した場合である。図５（ｂ）は、アンテナ素子３として波長短縮素子であるメアンダ素子１２を用いてダイポールアンテナを構成した場合である。これらはいずれも電界検出型の平衡系アンテナであり、動作周波数に共振していれば、図１の実施の形態１と同様な作用効果が得られる。また、直線状素子やメアンダ状素子であれば、筐体２のＢ面の突起部により密着して配置することができるので、人体５とアンテナ素子３との距離Ｄを大きくすることが可能である。さらに、筐体２のＢ面が樹脂等の非金属で構成されていれば、これらのアンテナ素子３をＢ面に埋め込んで一体成型することで、さらに距離Ｄを確保しつつ、堅固な筐体構造を実現可能である。

図５（ｃ）は、アンテナ素子３としてループアンテナ１３を用いた場合であり、アンテナの中央部を給電点とする磁界検出型の平衡系アンテナとなっている。この場合、ループの縦長さＡｚに対して横長さＡｙが大きくなるにつれてアンテナの放射は横方向の偏波成分が大きくなる。そのため、このループアンテナ１３をＺ軸に沿って縦方向に配置した場合でも、ループアンテナ１３の放射は水平偏波成分が多くなるため、基地局アンテナから水平偏波成分が放射されるような無線通信システムに用いれば、より高いアンテナ感度の性能が得られる。

このように、本発明における実施の形態１の携帯無線端末１によれば、使用者がアンテナ素子３の配置位置を意識することなく、常に人体５から遠い位置に一定の距離でアンテナ素子３を配置することができ、高いアンテナ感度の性能を安定して得ることができる。また、筐体２を樹脂製にすればアンテナ素子３を筐体２内に完全に内蔵することができるため、薄型でかつ機械的強度の高い小型な携帯無線端末を実現することができる。

なお、図５の例では、筐体２が三角柱の形状をした例を示しているが、図５の各種アンテナの構成は、図４の何れの筐体形状と組み合わせても同様の作用効果が得られることは云うまでもない。また、筐体２の形状は、図１に示す実施に形態１のような、Ｂ面の中央部付近のＺ軸に沿った向きで突起部２ａを設ける構成に限らず、例えば、Ｂ面の中央部付近でＹ軸や斜めに突起部を設けてもよく、使用者がポケットへ収納するときに突起があることを認識できる構成であれば、どのような突起部の形状であってもよい。

また、アンテナ素子３を取り付ける部位は、図１の実施の形態１に示すように筐体２のＺ軸方向の全体に配置するとは限らず、例えば、筐体２の上端や下端に配置してもよく、使用者の人体５から離れる位置にアンテナ素子３が配置できればアンテナ素子３の配置位置は限定されない。さらに、アンテナ素子３は、図１に示す実施の形態１のように、その電気長が０.５波長に限らず、１波長など他の電気長を有していてもよい。

図６は、本発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末のアレーアンテナの構成図である。図６に示すように、アンテナ素子の数は、Ｂ面の突起部に配置できるような構成であれば２本以上であっても構わない。すなわち、図６（ａ）に示すように、２本以上のアンテナ素子３ａ，３ｂを縦方向にアレー化したり、あるいは、特に図示しないが横方向にアンテナ素子をアレー化したりする構成であってもよい。この場合、アレー化した各々のアンテナ素子３ａ，３ｂに同時に位相や振幅の異なる給電を行ったり、あるいは切り替えて給電を行ったりすることで、水平面（ＸＹ面）において指向性の制御やアンテナダイバーシチを行うことが可能となる。あるいは、アレー化した各々のアンテナ素子３ａ，３ｂを別々の周波数で動作させることで、複数の周波数帯域をカバーするアンテナを構成することもできる。

なお、図６（ａ）に示す複数のアンテナ素子３ａ，３ｂのうちの１つについては図２で示したイヤホンマイクセット７をアンテナ素子とし、各々のアンテナ素子３ａ，３ｂに同時に位相や振幅の異なる給電を行ったり、あるいは切り替えて給電を行ったりすることによって、アンテナの指向性制御や偏波制御やダイバーシチとする構成にすることもできる。

また、図６（ｂ）に示すように、筐体２のＢ面に給電型のアンテナ素子３ａと無給電型のアンテナ素子３ｃとを併設して、少なくとも１つの無給電型のアンテナ素子３ｃを人体５に近接させる構成としてもよい。この場合、無給電型のアンテナ素子３ｃの電気長を所望の値に選ぶことにより、アンテナ指向性の制御を行うことができる。図６（ｂ）の場合は、無給電型のアンテナ素子３ｃの電気長を動作周波数の２分の１波長より長くすれば反射器として動作するため、図中の−Ｙ方向への放射指向性が強くなり、２分の１波長より短くすれば導波器として動作するため、図中の＋Ｙ方向への放射指向性が強くなる。

また、図６（ｃ）に示すように給電型のアンテナ素子３ａに併設した無給電型のアンテナ素子３ｃの中央部にダイオード８を設ける構成としてもよい。この場合は、ダイオード８の通電／非通電によって無給電型のアンテナ素子３ｃの電気長を変化させることができるため、アンテナ指向性の制御を能動的に行うことができる。さらに、図６（ｃ）のようなアンテナ構成の場合は、ダイオード８が通電しているときには無給電型のアンテナ素子３ｃが反射器あるいは導波器として動作するため、図中−Ｙ方向あるいは＋Ｙ方向への放射指向性が強くなり、ダイオード８が非通電のときには無給電型のアンテナ素子３ｃが動作しないため、Ｙ方向へのアンテナ指向性は形成されない。なお、図６（ｂ）、（ｃ）の構成によれば、無給電型のアンテナ素子３ｃの電気長を所望の値に選択することによって、アンテナの動作周波数帯域を広げたり複数周波数で動作させたりすることができる。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図である。図７に示す実施の形態２におけるポケット収納型の携帯無線端末１は、図１における筐体２内に動作周波数の２分の１波長以上の長さとなる無線機基板９を内蔵したものである。無線機基板９は筐体２内での面積をできる限り大きくとるために、筐体２のＡ面に近い位置にＡ面に平行に配置されている。図７の例では、筐体２の大きさを、例えば幅５０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ２１ｍｍと設定し、動作周波数を２.５ＧＨｚ（波長が１２０ｍｍ）すると、０.４２波長×０.６６波長×０.１７５波長になる。無線機基板９の大きさは筐体２の中に内蔵できる必要があるため、例えば、幅４５ｍｍ×長さ７５ｍｍ×厚さ1ｍｍとすると、０.３７５波長×０.６２５波長×０.００８波長になる。この結果、無線機基板９の縦の長さは動作周波数の２分の１波長以上となっている。

また、アンテナ素子３は軸長Ａｚ＝３５ｍｍ（０.２９波長）、ヘリカル径２ｒ＝１ｍｍとしている。アンテナ素子３は筐体２の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って、Ｂ面の突起部２ａに密着して取り付けられている。アンテナ素子３をＢ面の突起部２ａに密着して取り付けることによって、Ａ面とアンテナ素子３の軸中心との距離Ｄを最大とすることができると共に、無線機基板９の長手方向とアンテナ素子３の軸方向を一致させることができる。また、無線機基板９の長さは動作周波数の２分の１波長以上であるため、無線機基板９は反射板として動作し、アンテナ素子３とのアレー効果により人体５と反対方向（＋Ｘ方向）に指向性を形成することができる。

また、筐体２内に内蔵された無線機基板９とアンテナ素子３の位置関係は常に一定であるため、安定して人体５と反対方向にアンテナ指向性を形成することができる。図７において、無線機基板９がＡ面に平行に配置されることにより、無線機基板９がアンテナ素子３と人体５との間に介在して人体５の方向に高いシールド効果が得られる。また、使用者が携帯無線端末１をポケット６に収納する際に、筐体２のＡ面と使用者との距離は非常に近くなるものの、必ずしも一定距離ではないために、アンテナ素子３と人体５の距離もばらつく可能性がある。しかし、図７のような構成とすることにより、無線機基板９のシールド効果によって、人体５側から受ける電波の影響を低減することができるため、一定のインピーダンス特性を確保することができ、結果的に高いアンテナ利得が安定して得られる。

さらに、アンテナ素子３にダイポール形状、あるいはループ形状のアンテナ素子を用いており、平衡系アンテナとして動作しているので、不平衡系アンテナを用いた場合に比べて無線機基板９上に高周波電流が流れにくく、高周波電流が流れたとしてもアンテナ素子３側に流れる振幅よりも少ない。このため、無線機基板９によって人体５の影響を軽減しつつ、アンテナ素子３の形状のみによって偏波を操作することが可能である。このことにより、到来波の偏波に合わせた偏波指向性を実現することができ、高いアンテナ利得が安定して得られる。なお、図７に示す携帯無線端末１における筐体２の形状の構成方法、及び突起部２ａによる使用者のポケット収納方向を規制する効果は実施の形態１の場合と同じである。

＜実施の形態３＞
図８は、本発明の実施の形態３に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図である。図８に示す実施の形態３のポケット収納型の携帯無線端末１は、筐体２内に線状のモノポール素子１１からなるアンテナ素子が無線機基板９に対して平行になるように配置され、逆Ｌアンテナあるいは逆Ｆアンテナとして動作するように構成されている。無線機基板９は筐体２内での面積をできる限り大きくとるために、筐体２のＡ面に近い位置にＡ面に平行に配置されている。また、アンテナ素子（モノポール素子１１）へ電力を給電する給電部４は無線機基板９上の中央部下端付近に位置している。モノポール素子１１は給電部４を起点として、Ｂ面の突起部２ａの方向へ向かった後、Ｂ面の突起部２ａに沿ってＬ状に折り曲げて構成されている。給電部４のアースは無線機基板９上のアースパターンに接地されている。このような構造により、図８では逆Ｌアンテナを構成することができる。

図８の携帯無線端末１では、筐体２の大きさを、例えば幅５０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚み２１ｍｍと設定し、動作周波数を１ＧＨｚ（波長が３００ｍｍ）すると、０.１６７波長×０.２６７波長×０.０６７波長になる。無線機基板９の大きさは筐体２の中に内蔵できる必要があるため、例えば、幅４５ｍｍ×長さ７５ｍｍ×厚み１ｍｍとすると、０.１５波長×０.２５波長×０.００３波長になる。逆Ｌアンテナを動作周波数で共振させるためにはアンテナ素子（モノポール素子１１）の電気長を０.２５波長とすることが望ましいため、ここではアンテナ素子（モノポール素子１１）の長さＡｚ＝７５ｍｍ（０.２５波長）としている。また、アンテナ素子（モノポール素子１１）と無線機基板９の距離Ａｘ＝２０ｍｍ（０.０６６波長）としている。このような構成にすることによって、図８のアンテナ素子（モノポール素子１１）は逆Ｌアンテナとして動作し、筐体２の大きさが波長に比べて小さいにもかかわらず、比較的低い周波数で動作する内蔵アンテナを構成することができる。

また、図８に示す携帯無線端末１の構成では、無線機基板９からもある程度の放射は行われるが、主たる放射源はアンテナ素子（モノポール素子１１）であり、このアンテナ素子（モノポール素子１１）が人体５から距離Ｄだけ離れた位置に配置されるため、高いアンテナ利得が安定して得られる。なお、図８の携帯無線端末１の構成では、アンテナ素子を線状モノポール素子で構成したが、板状モノポール素子を用いてもよい。つまり、アンテナ素子を板状にして面積を広げることによって、さらに低い周波数でも動作することができるし動作周波数の帯域を広げることもできる。

また、アンテナが板状素子であれば、筐体２のＢ面の突起部２ａに密着して配置することができ、人体とアンテナ素子との距離Ｄを確保したままアンテナの面積を広げることが可能となり、結果的に小型で広帯域なアンテナを構成することができる。また、図８の携帯無線端末１の構成では、アンテナ素子（モノポール素子１１）と無線機基板９とによって逆Ｌアンテナとなる構成を示したが、アンテナ素子（モノポール素子１１）の一部を接地することで、逆Ｆアンテナとなる構成にしてもよい。この場合は、アンテナ素子（モノポール素子１１）と無線機基板９の距離Ａｘが小さくなっても、接地部の位置を調整することによってアンテナ入力インピーダンスのリアクタンス成分の補正が可能となるので、アンテナのインピーダンス整合が一層とりやすくなる。

以上説明したように、本発明に係るポケット収納型の携帯無線端末では、筐体の構造が、人体に近接する側の筐体面が平面形状であって、反対面が突起あるいは湾曲した形状になっているため、着衣ポケットに収納して使用した際に常にアンテナ素子が人体から最も遠い位置に配置されるので、常に高いアンテナ受信性能が得られる。このため、本発明によって、着衣ポケットに携帯して使用した際に常に高いアンテナ感度を有するポケット収納型の携帯電話機を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図 図１のポケット収納型携帯無線端末を使用者がポケットに収納して使用している状態を示す概念図 図１に示す実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末のアンテナ放射特性を示す特性図 本発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末の筐体形状のバリエーションを示す図 発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末のアンテナ素子の他の構成例を示す図 本発明の実施の形態１におけるポケット収納型携帯無線端末のアレーアンテナの構成図 本発明の実施の形態２に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図 本発明の実施の形態３に係るポケット収納型携帯無線端末の基本構成図

符号の説明

１ 携帯無線端末
２ 筐体
２ａ 突起部
３，３ａ，３ｂ，３ｃ アンテナ素子
４ 給電部
５ 人体
６ ポケット
７ イヤホンマイクセット
８ ダイオード
９ 無線機基板
１１ モノポール素子
１２ メアンダ素子
１３ ループアンテナ

Claims (5)

1. ポケット収納型の携帯無線端末であって、
   外面が平面形状である第１の面と外面の中央部付近の少なくとも一部分に突起部が形成されている第２の面とを有する筐体と、
   前記第１の面から最も離れた位置にある前記第２の面の突起部に、前記第１の面と平行に配置されたアンテナ素子と、
   を備えることを特徴とする携帯無線端末。
2. 前記アンテナ素子はダイポール形状又はループ形状であることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線端末。
3. 前記アンテナ素子は複数個によってアレー状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線端末。
4. 導電性基板が前記第１の面に平行に配置され、前記導電性基板の最大長さは前記アンテナ素子の動作周波数の２分の１波長以上であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の携帯無線端末。
5. 前記アンテナ素子は線状モノポールアンテナ又は板状モノポールアンテナであって、前記第１の面に平行に配置された導電性基板と前記線状モノポールアンテナ又は前記板状モノポールアンテナは平行に配置されて逆Ｌアンテナ又は逆Ｆアンテナとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線端末。

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