JP2006041899A - アンテナ装置及びそれを用いた携帯無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】 折り畳み型携帯電話において、待ち受け時（折り畳み時）と通信・通話時（開いた状態）とで、アンテナの受信特性が変化しにくいアンテナ装置及び携帯電話機を提供する。
【解決手段】 上基板１５ａと下基板１５ｂとの折り畳み時における対向面のうち、下基板１５ｂには、給電部１７から給電される給電素子（アンテナエレメント）２１が形成されている。給電素子２１は、例えば、下基板１５ｂ上を開放側端部から側端面に沿って延びた後に折れ曲がり中央に向けて延びる。これによりアンテナエレメント２１の面積をかせいでいる。給電素子２１のうち中央に向けて延びる領域と対向する位置に領域に無給電素子である補助エレメント２３が配置されている。給電素子２１と無給電素子２３とは、折り畳んだ際に対面する側に配置されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アンテナ装置及びそれを用いた携帯無線機に関し、特に、携帯無線機の使用の形態によりアンテナの位置が変化する形式の携帯無線機に関する。

近年、携帯電話機を初め、無線により通話・通信が可能な通信機器が盛んに用いられるようになってきた。携帯電話機の形態に関しては、大きく分けて２種類のタイプの携帯電話機が存在する。第１のタイプは、いわゆるストレート型と呼ばれるもので、通信・通話時も、待ち受け時も、ほぼ同じ形態（スタイル）で処理を行う携帯電話機である。第２のタイプは、代表的には折り畳み型と呼ばれるものであり、通信・通話時と、待ち受け時とで、異なる形態で処理を行う携帯電話機である。最近では、携帯性と操作性とに優れる折り畳み型の携帯電話機が盛んに利用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−３８４６１号公報

上記の折り畳み型携帯電話機など第２のタイプの携帯電話機において、待ち受け時（折り畳み時）と通信・通話時（開いた状態）とで、アンテナの受信特性が異なってしまうこという問題が生じている。

本発明は、折り畳み型携帯電話において、待ち受け時（折り畳み時）と通信・通話時（開いた状態）とで、アンテナの受信特性が変化しにくいアンテナ装置及び携帯電話機を提供することを目的とする。

本発明の折り畳み可能な（第１筐体と第２筐体とを有する）無線通信機においては、補助エレメントを設けた。この補助エレメントは、無線通信機が開状態においては第１筐体のアース電位部と強く結合し、アンテナエレメントからは第１筐体と一体となって見えるため、アンテナエレメント単体で周波数調整がなされる。一方、閉状態では、補助エレメントはアンテナエレメントと強く結合しており、補助エレメントとアンテナエレメントとであたかも1つのアンテナを構成し、その共振周波数は補助エレメントにより調整することができる。

本発明の一観点によれば、相対移動可能な第１の筐体と第２の筐体とを有し、前記相対移動に応じて、第１の形態と該第１の形態とは異なる第２の形態との２つの形態を取りうる無線通信機であって、前記第１の筐体又は前記第２の筐体のいずれかに設けられたアンテナエレメントと、少なくとも前記第１の形態と前記第２の形態との少なくともいずれか一方の形態において、前記アンテナエレメントとの間に静電容量を形成する位置に配置される補助エレメントとを有していることを特徴とする無線通信機が提供される。

上記無線通信機によれば、使用形態に応じて、アンテナエレメントと補助エレメントとの間に形成される静電容量により第１の状態と第２の状態との２つの状態における周波数特性の差を低減する。

さらに、前記第１の形態において、前記アンテナエレメントと近接する位置に配置された無給電エレメントを有することを特徴とする。これにより、両者間に静電容量が形成されて電気的に結合し、励振される。

本発明によれば、第１及び第２の少なくとも２つの使用の形態を有する無線通信機において、使用の形態によるアンテナエレメントと他の部材との結合状態を考慮して、差分を調整する補助エレメントを設けることにより、使用の形態による周波数特性の差を調整することができ、いずれの形態においても同様のアンテナ特性を得ることも可能である。また、補助エレメントを筐体に内蔵すれば、端末の厚みを厚くする必要がなく無線通信機の薄型化の妨げにならない。

本発明の実施の形態について説明する前に、発明者の行った考察について説明を行う。発明者は、折り畳み型携帯電話機において、特に、第１の筐体と第２の筐体とを回動可能に接続するヒンジ部にアンテナが配置された構造においては、携帯電話機の開閉動作によって、アンテナの周囲の状況が大きく変化するため共振周波数のズレが生じ、開/閉ともに特性を確保することは難しいと考えた。また、共振周波数のズレを調整するために、開状態において、アンテナと第１の筐体（上筐体）との距離を離すように配置することもできるが、携帯電話機の厚みが増してしまうという問題が生じる。

図１０及び図１１は、一般的な折り畳み型携帯電話機の開閉時の概略構成（図１０（Ａ）、図１１（Ａ））と、開閉時の反射損失の周波数特性例（図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ））と、を示す図である。図１０（Ａ）は、閉時の折り畳み型携帯電話機の概略構成を示す図であり、図１０（Ａ）に示す例では、第１の筐体内の第１の基板１１５ａと第２の筐体内の第２の基板１１５ｂとの筐体回動軸（図示せず）近傍の第２の基板１１５ｂ内に端部にアンテナ１２１が内蔵されている。尚、図１０、図１１では、簡単のために筐体や回動軸を省略して示している。折り畳み時には、アンテナ１２１と対向する位置に第１の筐体１５ａは存在しない。図１０（Ｂ）に示すように、アンテナ１２１のリターンロスＲ_Ｌの周波数特性によれば、共振周波数ｆ_０が仕様周波数帯の範囲内に入るように設定されている。この場合に、図１１（Ａ）に示すように、開時の折り畳み型携帯電話機においては、アンテナ１２１に対向する位置に第１の筐体１５ａが近づく。従って、図１１（Ｂ）に示すように、開時には、先端容量によって共振周波数がｆ_１（＜ｆ_０）まで下がってしまい仕様周波数帯域から外れてしまうものと考えた。本発明は、折り畳み型の携帯電話機において、開状態と閉状態とで、所望の共振周波数への周波数調整を行うことができる補助部材を設けることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態によるアンテナ装置及びそれを用いた携帯電話機について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本実施の形態による携帯電話機の外観図である。図１に示すように、本実施の形態による携帯電話機１０は、上筐体１０ａと、下筐体１０ｂと、これらを回動可能に接続するヒンジ２１と、を有している。上筐体１０ａは、スピーカ１２３と、ＬＣＤ表示画面１１５と、を有している。下筐体１０ｂは、マイクロフォン１２４と、ボタン操作部１２２と、内蔵アンテナ１１１と、を有している。

図２は、本実施の形態による携帯電話機１０の構成例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、本実施の形態による携帯電話機１０は、制御部２３１と、内蔵アンテナ１１１と、ボタン操作部（キー入力部）１２２と、ＬＣＤ表示画面（表示部）１１５と、マイクロフォン１２４（出力部は１０ａ内に位置）と、音声出力部（スピーカ）１１４と、記憶メモリ２３２と、無線部２３８と、を有している。制御部２３１は、上記各構成を制御する。

図３〜図５までは、本実施の形態による携帯電話機１０の内部構成例であって、アンテナと基板とを中心とした構成例を示す模式的な図である。図３（Ａ）は、本実施の形態による折り畳み型携帯電話機１０の閉時の筐体内に設けられている基板とアンテナ装置との構成例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、上基板１５ａと下基板１５ｂとの折り畳み時における対向面のうち、下基板１５ｂには、給電部１７から給電される給電素子（アンテナエレメント）２１が形成されている。給電素子２１は、例えば、下基板１５ｂ上を開放側端部から側端面に沿って延びた後に折れ曲がり中央に向けて延びる。これによりアンテナエレメント２１の面積をかせいでいる。図３（Ａ）に示すように、例えば、給電素子２１のうち中央に向けて延びる領域と対向する位置に無給電素子である補助エレメント２３が配置されている。すなわち、給電素子２１と無給電素子２３とは、折り畳んだ際に対面する側（一般的にＬＣＤや操作ボタンが設けられている側）に配置されている。

図４（Ａ）は、本実施の形態による折り畳み型携帯電話機の開時の筐体内に設けられている基板とアンテナ装置との構成例を示す図である。開時には、給電素子２１に対して、無給電素子である補助エレメント２３は対向する位置から外れる。より詳細には、補助エレメント２３は、その片端部がアンテナエレメントの先端部（給電部とは逆の端部）と近接して、アンテナエレメント２１の先端部との間に静電容量を形成して電気的に結合するように配置されている。そして、補助エレメント２３の全体は、携帯電話機を開状態としたときに上筐体のアース電位部（筐体自体もしくは第一筐体に内包される基板やシールドケース（シールド部材とも称する。このシールド部材ついて説明すると、本明細書においては、基板上の実装部材からの不要な輻射の低減、実装部品が受ける外来ノイズの低減などを目的として、実装部品を覆うように設けられるものである。例えば、基板と導通状態で配置される金属ケースにより構成されている。）と近接し、上筐体のアース電位部との間に、アンテナエレメントとの間で形成される静電容量よりも大きな静電容量を形成し、より強く電気的に結合されるように配置されている。

図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）は、それぞれのアンテナ装置のリターンロスＲ_Ｌの周波数特性を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、開時においては給電素子と上基板１５ａの金属材料とが対向する位置にくるため、給電素子単体での特性（破線で示す）に比べて低周波数側にほぼ平行移動し共振周波数もｆ_０からｆ_１（ｆ_１＜ｆ_０）になる。この際、補助エレメント２３は、給電素子２１と上基板１５ａとが強く結合するため、給電素子２１からは上基板１５ａと一体に見える。共振周波数は給電素子単体のものとなるが、給電素子単体の閉時の共振周波数は、元々、所望の共振周波数よりも高いため、開時に上基板１５ａが近づくために共振周波数がｆ_１まで下がる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、閉時には、給電素子２１と補助エレメント２３とは、対向する位置にくるため、補助エレメント２３の大きさ、位置、スペース（間隔）及びスペース内の媒質の誘電率などによって調整することができる。この際、共振周波数ｆ_２が上記ｆ_１と同じ位置になる方向に調整する。

以上に本実施の形態による携帯電話機によれば、開時と閉時における共振周波数の違いが小さくなる方向に調整する補助エレメントを設けたことにより、使用形態によるアンテナ特性の違いが低減し、安定した通信が可能となる。さらに、筐体内部の薄い補助エレメントにより調整を行うことができるため、携帯電話機自体の厚みを大きく変更する必要が無く、携帯性に優れた薄型の携帯電話機を提供できる。

次に、本実施の形態の変形例による携帯電話機について、図５を参照しつつ説明を行う。図５は、携帯電話機のうち上基板１５ａと下基板１５ｂとを抜き出して示した図である。図５に示すように、下基板１５ｂに、給電部１７から延びる給電素子２１と、給電素子（アンテナエレメント）２１と対向する位置に配置された無給電素子（補助エレメント）２３と、給電素子２１と無給電素子２３との間に配置された例えば樹脂性のスペーサ部材２５とを有している。スペーサ部材２５は、無給電素子２３を給電素子２１との対向位置に固定するとともに、給電素子２１と無給電素子２３との間を一定の間隔に保持し、かつ、給電素子２１と無給電素子２３との間に形成される容量を規定する機能を有している。尚、閉時には上基板１５ａと無給電素子２３とが強く結合することは上記の実施の形態と同様である。尚、スペーサ部材２５は、樹脂性の他にセラミックス製などでも良い。設計に応じてスペーサ部材を変更できるようにしておくことも可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態による携帯電話機について図面を参照しつつ説明を行う。上記第１の実施の形態においては、携帯電話の閉時に給電素子と無給電素子とが対向する配置になっていた。図６は、本実施の形態による携帯電話機の概略構成例を示す図であり、図６（Ａ）は開時の側面図であり、図６（Ｂ）は開時にやや正面から見た斜視図であり、筐体を破線で示した図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施の形態による携帯電話機では、下筐体１０ｂのヒンジ部（回動軸）側の下基板１５ｂの端部に給電素子（アンテナエレメント）２１が設けられており、給電素子２１と略対向する位置の下筐体１１ｂ内に補助エレメント２３が設けられている。一方、上筐体１０ａ内であって、少なくとも上基板１５ａを挟んでＬＣＤ側と反対側に開時に補助エレメント２３と近接する接地されたシールドケース２７が設けられている。

上記構造では、シールドケース２７を設けることにより、端末開時（Ａ）において、補助エレメント２３と上筐体のアース電位部との間の距離が近づき補助エレメント２３と上筐体との結合が強くなる。補助エレメント２３が上筐体と一体となって見えるため、補助エレメント２３が設けられていない状態と同じになる。従って、開時と閉時とのアンテナ特性の差が小さくなり、開時と閉時ともに安定した通信ができるようになる。尚、補助エレメント２３は、フレキシブル基板、板金、銅泊など形成手段は問わない。尚、本実施の形態では、基板上にアンテナパターンを形成した例を示したが、その他、基板実装タイプのチップアンテナや板金などで形成したアンテナ、ヘリカルアンテナなどアンテナの方式によって限定されるものではない。

上記実施の形態による携帯電話機では、給電素子と補助エレメントとシールドとが、それぞれ筐体内に設けられ、シンプルな形態となる上に、無線通信機の一層の薄型化が可能であるという利点もある。

次に、本発明の第３の実施の形態による携帯電話機について図面を参照しつつ説明を行う。図７は、本実施の形態による携帯電話機のヒンジ近傍の構造を示す図である。図７に示すように、本実施の形態による携帯電話機は、上記第２の実施の形態による携帯電話機の構成に加えて、上筐体内にさらに無給電素子３１を有している。無給電素子３１は、上基板１５ａに設けられた例えば樹脂３２層上に形成されており、フレキシブル基板、板金、銅泊などを用いることができる。この無給電素子３２の第１端部は、端末を開状態としたときにアンテナエレメント２１の先端部と近接するように配置されている。これにより両者間に静電容量が形成されて電気的に結合し、励振される。また、開状態においては無給電素子３２がアンテナエレメント１７と近接する位置に配置されているため、励振されてアンテナとして動作し、より大きなアンテナエレメント体積を確保することができ、アンテナ特性が向上するという利点がある。

次に、本発明の第４の実施の形態による携帯電話機について図面を参照しつつ説明を行う。図８は、本実施の形態による携帯電話機のヒンジ近傍の構造を示す図である。図８に示すように、本実施の形態による携帯電話機は、下基板１５ｂの給電部１７に接続された給電素子（アンテナエレメント）２１と、上基板１５ａに接続され、例えば一端が基板に接地（ＧＮＤ）され、他端側が上記給電素子２１と対向する位置に配置された無給電素子３３とを有している。上記構造において、無給電素子３３と接地（ＧＮＤ）部を合わせて所望の周波数の共振長となるように無給電素子３３の長さや接続位置を調整する。尚、無給電素子３３は、板金や銅箔などで独立して形成されていても良いし、基板や筐体、補強フレームなどと一体で形成されていても良い。

本実施の形態による携帯電話機のアンテナ装置では、開状態においては無給電素子３３を介して上部筐体自体を励振しアンテナとして動作させることが可能となり、第３の実施の形態の場合よりもさらに大きなアンテナエレメント体積とすることができ、アンテナ特性の一層の向上が可能となる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態において説明した例に限定されるものではない。例えば、スライド式又は回転スライド式（図９（Ａ）から図９（Ｃ）参照）などの携帯電話機であっても、使用の形態によってアンテナの周波数特性が異なる場合に、その差分を補助エレメントと給電エレメントとの間の容量結合の有無又は大小により調整することができる。図９において、符号１０ａ、１０ｂは上下の筐体であり、符号２０は回動軸であり、符号２１はアンテナエレメントであり、符号２３は補助エレメントである。図９（Ａ）の状態でアンテナエレメント２１と補助エレメント２３が対向し、図９（Ｃ）の状態で両者が対向する状態から外れて上筐体１０ａと強く結合する。結果的な容量が図９（Ａ）と図９（Ｃ）とで等しくなる方向にアンテナエレメント２１と補助エレメント２３とを配置するのが好ましい。

本発明は、携帯電話機やＰＤＡなどのアンテナエレメントであって、特に折り畳み携帯電話機に用いることができる。

本発明の一実施の形態による携帯電話機の概略を示す正面図である。 本発明の一実施の形態による携帯電話機の概略構成例を示す機能ブロック図である。 図３（Ａ）は、本発明の一実施の形態による携帯電話機の閉時の内部構成例であり、アンテナエレメントと補助エレメントとの位置関係を示す図である。図３（Ｂ）は閉時のリターンロスの周波数依存性を示す図である。 図４（Ａ）は、本発明の一実施の形態による携帯電話機の開時の内部構成例であり、アンテナエレメントと補助エレメントとの位置関係を示す図である。図４（Ｂ）は開時のリターンロスの周波数依存性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例による携帯電話機の開時の内部構成例を示す斜視図である。 図６（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態による携帯電話機の開時の内部構成を側面から見た図である。図６（Ｂ）は、斜め背面から見た図である。 本発明の第３の実施の形態による携帯電話機の開時の内部構成例をやや背面から見た斜視図である。 本発明の第４の実施の形態による携帯電話機の開時の内部構成例をやや背面から見た斜視図である。 回転スライド型の携帯電話機の回転スライド動作に伴うアンテナエレメントと補助エレメントとの位置関係を示す図である。 図１０（Ａ）は一般的な折り畳み型電話機の閉時の基板とアンテナとの位置関係を示す図であり、図１０（Ｂ）は閉時のアンテナのリターンロスの周波数特性を示す図である。 図１１（Ａ）は一般的な折り畳み型電話機の開時の基板とアンテナとの位置関係を示す図であり、図１１（Ｂ）は開時のアンテナのリターンロスの周波数特性を示す図である。

符号の説明

１５ａ…上基板１５ａ、１５ｂ…下基板、１７…給電部、２１…給電素子（アンテナエレメント）、２３…補助エレメント。

Claims (10)

1. 相対移動可能な第１の筐体と第２の筐体とを有し、前記相対移動に応じて、少なくとも第１の形態と該第１の形態とは異なる第２の形態との２つの形態を取りうる無線通信機であって、
   前記第１の筐体又は前記第２の筐体のいずれかに設けられたアンテナエレメントと、
   前記第１の形態と前記第２の形態との少なくともいずれか一方の形態において、前記アンテナエレメントとの間に静電容量を形成する位置に配置される補助エレメントとを有していることを特徴とする無線通信機。
2. 前記第１の形態において前記補助エレメントは前記アンテナエレメントと近接して配置され、
   前記第２の形態において前記補助エレメントは前記第１又は第２の筐体と電気的に結合されるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信機。
3. 前記第１の形態における前記補助エレメントと前記アンテナエレメントとの間に形成される静電容量に基づくアンテナアンテナ特性の周波数依存性と、
   前記第２の形態における前記補助エレメントと前記第１又は第２の筐体との電気的に結合に基づくアンテナ特性の周波数依存性と、
   が略等しくなる方向に調整されていることを特徴とする請求項２に記載の無線通信機。
4. 相対移動可能な第１の筐体と第２の筐体とを有し、前記相対移動に応じて、少なくとも第１の形態と該第１の形態とは異なる第２の形態との２つの形態を取りうる無線通信機であって、
   前記第１の筐体又は前記第２の筐体のいずれかに設けられたアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントとの間に静電容量を形成する位置に配置される補助エレメントと、
   前記第１の形態又は前記第２の形態のうちいずれか一方の状態において前記アンテナエレメントが前記第１又は第２の筐体との結合を強める位置に設けられたシールド部材と
   を備えることを特徴とする無線通信機。
5. さらに、前記第１の形態において、前記アンテナエレメントと近接する位置に配置された無給電エレメントを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の無線通信機。
6. 前記アンテナエレメント又は無給電素子は、前記アンテナエレメントと近接する箇所以外のある箇所において前記第１又は第２筐体のアース電位部と導通接続されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の無線通信機。
7. ヒンジ部を介して回動可能に接続された第１筐体と第２筐体とを有し、該第１筐体と該第２筐体とは前記ヒンジ部の回動により開状態と閉状態をとりうる無線通信機において、
   前記第２筐体の前記ヒンジ部側の端部には、前記第２筐体に内包された回路基板から給電されたアンテナエレメントと、該アンテナエレメントに対向する位置に配置された給電されない補助エレメントとが設けられ、該補助エレメントは、その片端部が前記アンテナエレメントの先端部であって給電部とは逆側の端部と近接し、前記先端部との間に静電容量を形成して電気的に結合する位置に配置されるとともに、全体は前記無線通信機を開状態としたときに前記第１筐体のアース電位部と近接して、前記第１筐体のアース電位部との間に、前記アンテナエレメントとの間で形成される静電容量よりも大きな静電容量を形成し電気的に結合されるように配置されていることを特徴とするアンテナ装置を有する無線通信機。
8. 前記アンテナエレメントと前記補助エレメントとの間に、ある誘電率を有するスペーサ部材が設けられていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の無線通信機。
9. 少なくとも第１の形態と該第１の形態とは異なる第２の形態との２つの形態を取りうる無線通信機であって、
   前記第１の筐体又は前記第２の筐体のいずれかに設けられたアンテナエレメントと、
   前記第１の形態と前記第２の形態との少なくともいずれか一方の形態において、前記アンテナエレメントとの間に静電容量を形成する位置に配置される補助エレメントと
   を有していることを特徴とする無線通信機。
10. 回動軸と、該回動軸により開閉可能に接続された第１の筐体と第２の筐体とを有する携帯電話機であって、
    前記第１又は第２の筐体のいずれかに設けられたアンテナエレメントと、
    少なくとも開時と閉時のいずれか一方の状態において前記アンテナエレメントとの間に静電容量を形成して電気的に結合する位置に位置する無給電の補助エレメントであって、開時と閉時とのアンテナの周波数特性が略等しくなる方向に調整する補助エレメントとを有していることを特徴とする携帯電話機。
    
    

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