JP2006050324A - 携帯無線機 - Google Patents

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潔 江川
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Abstract

【課題】 本発明は、アンテナ素子及び地板上を流れる電流が集中することを抑えて、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合の局所SARを低減することができる携帯無線機を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の携帯無線機は、第1の筐体8と、第2の筐体9と、前記第1の筐体8に設けられた板状のアンテナ素子1と、前記第2の筐体9に設けられた接地電位を有する導体地板2と、前記アンテナ素子1に給電する、互いに離間配置された少なくとも2つの給電部3と、前記導体地板2に設けられた無線回路5と、前記無線回路5から入力される高周波電力を分配して出力する電力分配器6と、前記電力分配器6から入力される高周波電力の位相を同相にして、前記少なくとも2つの給電部3各々に出力する位相補正部7と、を備え、前記少なくとも2つの給電部3は、前記位相補正部7から入力される高周波電力を給電するものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、携帯無線機に使用するアンテナ装置に関するものであり、特に通話時のSAR(比吸収率:Specific Absorption Rate)低減に関するものである。
従来の折り畳み式の携帯無線機に用いられるアンテナ装置には、上下筐体をそれぞれアンテナ素子として用いる、筐体型ダイポールアンテナで構成されるものがある。(例えば、特許文献1)
図15に、従来の折り畳み式の携帯無線機の構成図を示す。1はアンテナ素子、2は地板、3は給電部、4はヒンジ部、5は無線部である。筐体型のダイポールアンテナは、アンテナ素子1がヒンジ部4と地板2のギャップ間に設けられた給電部3により給電される構成となっている。この筐体型のダイポールアンテナは、使用周波数帯域(800MHz〜900MHz帯、1500MHz帯、1700MHz〜2200MHz帯)で良好なアンテナ特性を有している。
特願2003−167962
しかしながら、従来の折り畳み式の携帯無線機では、アンテナ素子1の素子幅が1/4波長以上になると、アンテナ装置の電流分布は図16に示す電流分布図のようになり、アンテナ素子1及び地板2上を流れる電流は、給電部3付近を最大値として、アンテナ素子1及び地板2のヒンジ部4側の端部に集中してしまい、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合、人体頭部の局所SARが増加する恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アンテナ素子及び地板上を流れる電流が集中することを抑えて、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合の局所SARを低減することができる携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第1の筐体と、第2の筐体と、前記第1の筐体に設けられた板状のアンテナ素子と、前記第2の筐体に設けられた接地電位を有する導体地板と、前記アンテナ素子に給電する、互いに離間配置された少なくとも2つの給電部と、前記導体地板に設けられた無線回路と、前記無線回路から入力される高周波電力を分配して出力する電力分配器と、前記電力分配器から入力される高周波電力の位相を同相にして、前記少なくとも2つの給電部各々に出力する位相補正部と、を備え、前記少なくとも2つの給電部は、前記位相補正部から入力される高周波電力を給電するものである。
この構成により、前記電力分配器、及び、前記位相補正部により、前記少なくとも2つ以上の給電部の各々に入力される高周波電力は、同振幅、同位相で給電部に入力されるため、前記アンテナ素子上、前記ヒンジ部及び前記地板上に流れる単位面積当たりの電流密度を低減できるため、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合に人体頭部の局所SARを低くするという作用を達成できる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第1の筐体と前記第2の筐体を回動可能に連結するヒンジ部を備え、前記ヒンジ部が、前記アンテナ素子と電気的に接続された上ヒンジ部と、前記少なくとも2つの給電部に接続された下ヒンジ部と、前記上ヒンジ部及び前記下ヒンジ部を回動可能に連結し、かつ、電気的に接続するヒンジ軸部と、を含み、前記上ヒンジ部と前記下ヒンジ部との間を前記少なくとも2つの給電部各々の近傍で短絡させた構成としてもよい。
この構成により、前記電力分配器、及び、前記位相補正部により、前記少なくとも2つ以上の給電部の各々に入力される高周波電力は、同振幅、同位相で前記給電部に入力されるため、前記ヒンジ軸上に電流を集中させることなく、前記アンテナ素子上、前記ヒンジ部及び前記地板上に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが可能となるため、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合に人体頭部の局所SARを低くするという作用を達成できる。
また、本発明の携帯無線機は、前記ヒンジ部は、前記上ヒンジ部と前記下ヒンジ部との間を前記少なくとも2つの給電部各々の近傍で高周波的に接続するリアクタンス結合素子を含む構成としてもよい。
この構成によれば、前記電力分配器、及び、前記位相補正部により、前記少なくとも2つ以上の給電部の各々に入力される高周波電力は、同振幅、同位相で前記給電部に入力されるため、前記ヒンジ軸上に電流を集中させることなく、前記アンテナ素子上、前記ヒンジ部及び前記地板上に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが可能ととなり、かつ前記ヒンジ部と前記地板を電気的に接続する短絡素子を設けることなく、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合に人体頭部の局所SARを低くするという作用が達成できる。
また、本発明の携帯無線機は、前記リアクタンス素子が、円筒の側面を対向させた電極形状を有する構成としても良い。
この構成によれば、前記ヒンジ部と前記地板の角度がいかなる角度においても、前記電力分配器、及び、前記位相補正部により、前記少なくとも2つ以上の給電部の各々に入力される高周波電力は、同振幅、同位相で給電部に入力されるため、前記ヒンジ軸上に電流を集中させることなく、前記アンテナ素子上、前記ヒンジ部及び前記地板上に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが可能ととなり、かつ前記ヒンジ部と前記地板を電気的に接続する短絡素子を設けることなく、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合に人体頭部の局所SARを低くするという作用が達成できる。
また、本発明の携帯無線機は、前記リアクタンス素子が、半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有する構成としても良い。
この構成によれば、通話状態を想定した前記ヒンジ部と前記地板の角度の開き角が大きい角度において、前記電力分配器、及び、前記位相補正部により、前記少なくとも2つ以上の給電部の各々に入力される高周波電力は、同振幅、同位相で前記給電部に入力されるため、前記ヒンジ軸上に電流を集中させることなく、前記アンテナ素子上、前記ヒンジ部及び前記地板上に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが可能となり、かつ前記ヒンジ部と前記地板を電気的に接続する短絡素子を設けることなく、局所SARを低くするという作用が達成でき、かつ、待ち受け状態を想定した前記ヒンジ部と前記地板の角度の開き角が小さい角度においては、前記リアクタンス結合素子間の結合が弱くなるため、前記ヒンジ軸部に電流が集中し、前記ヒンジ軸部を放射素子として動作させ、待ち受け、通話とも安定した特性を得るという作用が達成できる。
本発明の携帯無線機によれば、アンテナ素子及び地板上を流れる電流が集中することを抑えて、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合の局所SARを低減することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態の携帯無線機について図を参照して詳細に説明する。
図1に、本発明の第1実施形態の携帯無線機の構成図を示す。本発明の第1実施形態の携帯無線機は、第1筐体8に設けられた平板導体からなるアンテナ素子1と、第2筐体9に設けられた回路基板のグランドパターンからなる地板2と、第1筐体8と第2筐体9を回動可能に連結し、アンテナ素子1と電気的に接続された導体からなるヒンジ部4と、ヒンジ部4と地板2との間に互いに離間配置された、アンテナ素子1に給電する少なくとも2つの給電部3と、地板2に設けられた無線回路5と、無線回路5から給電される高周波電力を等分配する電力分配器6と、電力分配器6から出力された高周波電力の位相が同相となるよう前記少なくとも2つの給電部3の各々に給電する位相補正部7と、を含んで構成される。
図2に、本発明の第1実施形態の位相補正部を除いた携帯無線機の構成図を示す。電力分配器6により2分配した高周波電力を左右対称に2つの給電部3に分配することにより、電力分配器6から給電部3への導電路を位相補正部7として利用する構成としてもよい。
図15に示す従来の携帯無線機のアンテナ装置と図2に示す本発明の第1実施形態の携帯無線機のアンテナ装置の電流分布の違いを、図3に示す本発明の第1実施形態の携帯無線機のアンテナ装置の電流分布図及び図16に示す従来の携帯無線機のアンテナ装置の電流分布図、及び、図4に示す本発明の第1実施形態の携帯無線機のアンテナ装置の磁界分布図及び図17に示す従来の携帯無線機のアンテナ装置の磁界分布図を参照して説明する。図3及び図16の電流分布図、及び、図4及び図17の磁界分布図は、アンテナ素子1、地板2及び給電部3の簡易化した構成で示したものであり、有限積分法を用いた数値解析結果である。なお、図16、図17の給電部3には1Aを入力し、図3、図4の給電部の各々には0.5Aを入力しており、それぞれの等電流密度線の間隔が密であるほど高い電流密度となっている様子を示している。
従来の携帯無線機は、アンテナ素子1の長さが90mm、地板2の長さが95mmと想定すると、その使用周波数が1900MHz程度であれば、アンテナ素子1の素子幅が1/4波長以上となり、アンテナ素子1及び地板2上に流れる電流は、図16に示す電流分布図のように、給電部3付近を最大値として、アンテナ素子1及び地板2のヒンジ部4側の端部に集中する。
また、図17に示す磁界分布図は、図15の従来の携帯無線機における、携帯無線機鉛直方向に垂直な断面での近傍磁界を表したものであり、給電点付近では5A/m以上の磁界が発生しているのがわかる。このため、人体頭部に携帯無線機を近接させた場合、給電点付近に集中した強い磁界分布により、人体頭部の局所SARが増加することになる。
本発明の第1実施形態の携帯無線機では、アンテナ素子1及び地板2上に流れる電流は、図3に示す電流分布図のように、各給電部3に流れる電流量は従来技術の時の半分になり、かつアンテナ素子1、地板2に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが可能となる。一方で、アンテナ素子1及び地板2に流れる電流総量は給電点が1つである従来の携帯端末機の電流量と同じであるため、アンテナ装置の放射効率は低下しない。
また、図4に示す磁界分布図は、図2の本発明の第1実施携帯の携帯無線機における、携帯無線機鉛直方向に垂直な断面での近傍磁界を表したものであり、図3の電流分布図と同様に給電点付近での磁界が半減しているため、人体側への電磁波の放射量は半減される。よって、人体頭部を近接させた時のSAR分布は分散されるため、局所SARを低減することができる。
本発明の第1実施形態の携帯無線機によれば、電力分配器6で等分配され、かつ位相補正部7にて給電部3の入力端にて同位相にされた電流が、少なくとも2つの給電部3からアンテナ素子1にそれぞれ給電されることにより、アンテナ素子1及び地板2上を流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることが出来るため、人体頭部に携帯無線機を近接させた場合に、人体頭部の局所SARを低減することができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態の携帯無線機について図面を参照して説明する。
図5に、本発明の第2実施形態の携帯無線機の構成図を示す。なお、第1実施形態の携帯無線機と同様の構成を有する部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の第2実施形態の携帯無線機のヒンジ部は、アンテナ素子1に接続された上ヒンジ部10と、給電部3に接続された下ヒンジ部12と、第1筐体8と第2筐体9とを携帯無線機鉛直方向を軸として回動可能に連結し、かつ上ヒンジ部10と下ヒンジ部12を電気的に接続するヒンジ軸部11と、を含んで構成され、上ヒンジ部10と下ヒンジ部12の両端に、上ヒンジ部10と下ヒンジ部12を接続する短絡素子13が給電部3の近傍に設けられている。なお、ヒンジ軸部11は、回動しない構成であっても構わない。
下ヒンジ部12及び地板2上に流れる高周波電力は、電力分配器6で2等分され、給電部3に同位相・同振幅で給電される。2分配した高周波電力を左右対称に給電部3に電力分配することにより、電力分配器6から給電部3への導電路を位相補正部7として利用する。上ヒンジ部10と下ヒンジ部12の両端に短絡素子13を設けることで、ヒンジ軸部11に高周波電力が集中することなく、上ヒンジ部10、アンテナ素子1へ電流が流れる。本発明の第2実施形態の携帯無線機の電流分布図は図6のようになり、図3の電流分布図と同様、各給電部3に流れる電流量は従来技術の時の半分になり、かつアンテナ素子1、地板2に流れる単位面積当たりの電流密度を分散させることができる。このため、人体頭部近接時の局所SARを低くし、かつより複雑なヒンジ構成に対応することが可能となる。
なお、第2実施携帯の携帯無線機においては、上ヒンジ部10と下ヒンジ部12を接続するものとして、短絡素子13を用いた場合について説明したが、短絡素子13の代わりに図7に示すリアクタンス結合素子14を用いても良い。リアクタンス結合素子14を利用した携帯端末の電流分布図は、図8のようになり、短絡素子13を用いた場合の電流分布図である図6と同等の電流分布図となり、簡易な構成にて局所SARの低減を実現することができる。図7に示しているリアクタンス結合素子14のサイズは、例えば6mm四方の導体板を間隔1mmで配置した場合、リアクタンス結合素子14で形成される容量値は0.3pF程度となる。
また、図5の短絡素子13の代わりに、図9に示す円筒の側面を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子15や、図10に示す半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子16等を用いても良い。
図9に示すように、円筒の側面を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子15は、下ヒンジ部12が回転した場合、下ヒンジ部12の角度に依存せずに一定の静電容量を形成することが出来るため、折り畳み式筐体を用いた携帯無線端末の角度に依存せずに人体頭部近接時の局所SARを低減することができる。
また、図10に示すように、半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子16は、携帯無線機を開いて通話する場合、すなわち下ヒンジ部12の開き角が大きい場合には、図9に示すリアクタンス結合素子15と同様に、一定の静電容量を形成することが出来るため、人体頭部近接時の局所SARを低減することができる。
なお、図10のリアクタンス結合素子16を利用した構成の携帯無線機を閉じた時、すなわち下ヒンジ部12の開き角が小さい時は、図11に示す携帯無線機を折り畳んだ際の構成図となる。半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子16で容量を形成しないため、図12に示す携帯無線機を折り畳んだ際の電流分布図のように、ヒンジ軸部11に電流が集中し、ヒンジ軸部11が放射素子をして動作するため、携帯無線機の使用状態に応じて自動的にアンテナを切り替えることができる。
図9、図10に示す携帯無線機で用いている、円筒の側面を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子15や、半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子16のサイズは、直径5mmの円筒形導体(もしくは半円筒形導体)を間隔1mmで配置した場合、リアクタンス結合部14で形成される容量値と同等の0.3pF程度の容量値となる。
その他にもヒンジ部の変形例として図13、図14に示すものがある。図13は携帯無線端末を開いた状態のものであり、水平方向を軸方向とした水平ヒンジ部17が平板導体1と接続され、ヒンジ軸部11とも接続されている。無線部5からの無線信号は、電力分配器6を経由し2方向に分配され、ヒンジ軸部11と接続されている給電ベース部18の両端に分配給電される。上筐体5と給電ベース部17の両端には両者を高周波的に接続させる半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有するリアクタンス結合素子16が設けられており、図11の構成と同様の効果を得る事が出来る。さらに、携帯無線機を折り畳んだときには図14に示す構成図の状態となり、図11と同様の効果を得ることが出来る。
本発明の携帯無線機によれば、アンテナ素子及び地板上を流れる電流が集中することを抑えて、携帯無線機を人体頭部に近接させた場合の局所SARを低減することができるという効果を有し、通話時のSAR低減に関する分野に有用である。
本発明の第1実施形態の携帯無線機の構成図 本発明の第1実施形態の位相補正部を除いた携帯無線機の構成図 本発明の第1実施形態の位相補正部を除いた携帯無線機の電流分布図 本発明の第1実施形態の位相補正部を除いた携帯無線機の近傍磁界分布図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の構成図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の電流分布図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第1変形例の構成図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第1変形例の電流分布図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第2変形例の構成図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第3変形例の構成図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第3変形例を折り畳んだ際の構成図 本発明の第2実施形態の携帯無線機の第3変形例を折り畳んだ際の電流分布図 本発明の第2実施形態のヒンジ構成を別のヒンジ構成にした携帯無線機の構成図 本発明の第2実施形態のヒンジ構成を別のヒンジ構成にした携帯無線機を折り畳んだ際の構成図 従来の携帯無線端末の構成図 従来の携帯無線端末の電流分布図 従来の携帯無線端末の近傍磁界分布図
符号の説明
1 アンテナ素子
2 地板
3 給電部
4 ヒンジ部
5 無線部
6 電力分配器
7 位相補正部
8 第1筐体
9 第2筐体
10 上ヒンジ部
11 ヒンジ軸部
12 下ヒンジ部
13 短絡素子
14、15、16 リアクタンス結合素子
17 水平ヒンジ部
18 給電ベース部

Claims (5)

  1. 第1の筐体と、
    第2の筐体と、
    前記第1の筐体に設けられた板状のアンテナ素子と、
    前記第2の筐体に設けられた接地電位を有する導体地板と、
    前記アンテナ素子に給電する、互いに離間配置された少なくとも2つの給電部と、
    前記導体地板に設けられた無線回路と、
    前記無線回路から入力される高周波電力を分配して出力する電力分配器と、
    前記電力分配器から入力される高周波電力の位相を同相にして、前記少なくとも2つの給電部各々に出力する位相補正部と、
    を備え、
    前記少なくとも2つの給電部は、前記位相補正部から入力される高周波電力を給電する携帯無線機。
  2. 請求項1記載の携帯無線機であって、
    前記第1の筐体と前記第2の筐体を回動可能に連結するヒンジ部を備え、
    前記ヒンジ部は、前記アンテナ素子と電気的に接続された上ヒンジ部と、前記少なくとも2つの給電部に接続された下ヒンジ部と、前記上ヒンジ部及び前記下ヒンジ部を回動可能に連結し、かつ、電気的に接続するヒンジ軸部と、を含み、前記上ヒンジ部と前記下ヒンジ部との間を前記少なくとも2つの給電部各々の近傍で短絡させた携帯無線機。
  3. 請求項2記載の携帯無線機であって、
    前記ヒンジ部は、前記上ヒンジ部と前記下ヒンジ部との間を前記少なくとも2つの給電部各々の近傍で高周波的に接続するリアクタンス結合素子を含む携帯無線機。
  4. 請求項3記載の携帯無線機であって、
    前記リアクタンス素子は、円筒の側面を対向させた電極形状を有する携帯無線機。
  5. 請求項3記載の携帯無線機であって、
    前記リアクタンス素子は、半円筒の側面の凸部側または円弧断面の凸部側を対向させた電極形状を有する携帯無線機。
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