JP2006148517A - 携帯無線端末及びアンテナ電流のアース方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体長が可変長で複数の筐体間でアース接続が確実になされた携帯無線端末及び筐体長が可変長の携帯無線端末におけるアンテナ電流のアース方法を提供する。
【解決手段】 金属製の上部筐体１と、アンテナ素子１０及び無線回路６を備えた回路基板３を収納し絶縁性材料で形成された下部筐体２とが伸縮自在に連結された携帯無線端末であって、回路基板３には、無線通信時にアンテナ素子１０が回路基板３に発生させるアンテナ電流を、少なくとも端末伸張状態において上部筐体１と容量結合させる金具８、９が幅方向の端部近傍に設置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筐体長さが可変である携帯無線端末及びそれらの携帯無線端末におけるアンテナ電流のアース方法に関する。

近年、携帯電話端末のような小型の携帯無線端末は、通信用のアンテナを内蔵する方式が主流となっている。
また、端末の可搬性と操作性とを両立するために、筐体長が可変の端末、換言すると、２以上に分割された筐体を連結及び伸縮する機構を備えた構成の端末が主流となっている。

小型携帯無線端末にアンテナを内蔵する場合、アンテナを収容する部分の筐体は、絶縁材料（例えば、樹脂）で形成する必要がある。

一方で、筐体の強度確保する点から言えば、筐体の材料としては、機械的強度の高い金属材料を用いることが好ましい。

このため、筐体長が可変長の小型携帯無線端末にアンテナを内蔵する場合は、アンテナを収容する筐体のみを絶縁材料で形成し、他の部分の筐体は金属材料で形成することが一般的である。

以前に主流であった、筐体外部にヘリカルアンテナを設ける構成では、全ての筐体を金属材料で形成することができた。この場合には、高周波的には全ての筐体がつながっているものと見なすことができたため、筐体長による損失は問題とはならなかった。

しかし、絶縁材料で形成した筐体にアンテナを収容した構成では、アンテナを収容した筐体とその他の筐体とのアース接続は、各筐体内の回路基板を接続するフレキシブル基板の信号線のみによって行われることが多い。すなわち、両方の筐体内の回路基板同士をフレキシブル基板で接続し、金属製筐体内の回路基板を筐体と接触させる方法である。

フレキシブル基板を用いて回路基板同士を接続することによってアースを行う場合、回路基板の長さと伸張状態のフレキシブル基板の長さとを加えた長さ（金属性筐体内の回路基板を筐体と接触させる場合には、アンテナを収容した筐体の回路基板の長さと金属筐体との長さを加えた長さ）が所定の長さ（良好なアンテナ特性を示す長さ）とする必要がある。すなわち、フレキシブル基板の長さ分だけ回路基板を短くしなければならないため、デバイスやモジュールを実装可能な面積が小さくなってしまう。これは、携帯無線端末の多機能化の妨げとなる。

フレキシブル基板の長さを短くすれば回路基板を短くしなくて済むが、連結機構としてヒンジを用いる場合、フレキシブル基板はヒンジの内部にループ状に一回転して収める必要がある。このため、フレキシブル基板の長さを短くすると、これを小さい曲率半径で丸めなければならなくなり、フレキシブル基板に強い曲げ応力が作用することとなる。フレキシブル基板に作用する応力は、端末の伸張（開閉）を繰り返しによってフレキシブル基板を疲労させ、破断の原因となるため、フレキシブル基板に強い応力が作用することは好ましくない。

また、回転型の端末の場合は捩り力、スライド型の端末の場合は引っ張り力が作用するという点では異なるものの、フレキシブル基板が短くなる程これに作用する応力が大きくなる点ではヒンジを用いた開閉型の端末と同様であり、フレキシブル基板を短くすると破断する原因となる。

小型携帯無線端末のアンテナ特性を調整することを目的とした従来技術としては、特許文献１に開示される「携帯無線機」がある。また、一対の筐体のフレームアースを接続する機構に関する従来技術としては、特許文献２に開示される「携帯電話機」がある。
特開２００３−３４７８１５号公報 特開２００２−３３０２０６号公報

しかし、特許文献１に開示される発明は、筐体長が可変長の小型無線端末に適用することは想定していない。すなわち、上記説明したように、回路基板同士をフレキシブル基板を用いて連結すると回路基板の長さを短くしなければならないという問題については何ら考慮していない。

また、特許文献２に開示される発明は、ヒンジを介してフレームアースを行うことができるものの、上下筐体とヒンジとの電気的な接点を維持するために弾性部材を用いている。このため、弾性部材の弾性力が劣化すると、上下筐体のフレームアースが不確実になる恐れがある。
また、近年の携帯無線端末は、スライド型や回転型（リボルバー型）などのヒンジを用いることなく端末長を可変長としたものもある。上記特許文献２に開示される発明は、これらのタイプの携帯無線端末に適用可能な構成ではない。

このように、従来は、筐体長が可変長である小型無線端末に適用可能で、複数の筐体間のフレームアースを確実に行える構成は提供されていなかった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、筐体長が可変長で複数の筐体間でアース接続が確実になされた携帯無線端末及び筐体長が可変長の携帯無線端末におけるアンテナ電流のアース方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、導電性材料で形成された第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末であって、回路基板には、無線通信時にアンテナ素子が回路基板に発生させるアンテナ電流を、少なくとも端末伸張状態において第１の筐体と容量結合させる導電性部材が幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置されていることを特徴とする携帯無線端末を提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、回路基板には、導電性部材が二つ設けられていることが好ましい。これに加えて、導電性部材は、回路基板の幅方向両端近傍にそれぞれ設置されていることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、絶縁性材料で形成され第１の回路基板を収容した第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた第２の回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末であって、第２の回路基板には、無線通信時にアンテナ素子が第２の回路基板に発生させるアンテナ電流を、少なくとも端末伸張状態において第１の回路基板と容量結合させる導電性部材が幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置されていることを特徴とする携帯無線端末を提供するものである。

上記本発明の第２の態様においては、第２の回路基板には、導電性部材が二つ設けられていることが好ましい。これに加えて、導電性部材は、第２の回路基板の幅方向両端近傍にそれぞれ設置されていることがより好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、導電性材料で形成された第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末において無線通信時にアンテナ素子が回路基板に発生させるアンテナ電流をアースするアンテナ電流のアース方法であって、
少なくとも端末伸張状態において第１の筐体と近接する導電性部材を回路基板の幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置し、アンテナ電流を第１の筐体に容量結合させることを特徴とするアンテナ電流のアース方法を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は第４の態様として、絶縁性材料で形成された第１の筐体に収納された第１の回路基板と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた第２の回路回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末において無線通信時にアンテナ素子が第２の回路基板に発生させるアンテナ電流をアースするアンテナ電流のアース方法であって、
少なくとも端末伸張状態において第１の回路基板と近接する導電性部材を第２の回路基板の幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置し、アンテナ電流を第１の回路基板に容量結合させることを特徴とするアンテナ電流のアース方法を提供する者である。

本発明によれば、筐体長が可変長で複数の筐体間でアース接続が確実になされた携帯無線端末及び筐体長が可変長の携帯無線端末におけるアンテナ電流のアース方法を提供できる。

〔発明の原理〕
本発明は、伸縮自在な可変筐体長の携帯無線機において、アンテナ素子を実装した基板を収容する絶縁性材料製筐体に、導電性材料製筐体（又は、その内部の回路基板に接続された金具。以下同じ。）と近接するように二つ以上の金具を設け、それぞれの金具を基板のＧＮＤに接続したことを特徴としている。なお、それぞれの金具は、少なくとも筐体を伸張した際には、アンテナ素子が発生させるアンテナ電流（高周波電流）を導電性材料製筐体と容量結合するように設置される。ただし、常時容量結合するように配置してもよい。
これにより、少なくとも筐体伸張時には、無線通信時にアンテナ素子が発生させるアンテナ電流を導電性材料製筐体へと導く線路が、金具と導電性材料製筐体との容量結合によって形成され、アンテナ素子にとって理想的な筐体長となる。

導電性材料製筐体と基板との電気的な接続を容量結合を用いて行うことにより、回路基板を短くする必要が無くなり、端末の多機能化や高性能化が可能となる。また、回路基板の幅方向端部に金具を設けることにより、高周波のアンテナ電流を効率良く導電性筐体へと導ける。

以下、上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る携帯無線機の構成を示す。この携帯無線機は、上部筐体１と下部筐体２とが、ヒンジ部４及びヒンジ部５を介して接続された“折り畳み型”の端末である。なお、以下の説明では、端末伸張状態の下部筐体２において上部筐体１から最も遠くなる側を“下”、これと反対方向を“上”と定義する。これは、他の実施形態においても同様である。

上部筐体１は、導電性材料で形成されている。下部筐体２は、無線回路６を備えた基板３が収容される側の筐体であり、絶縁材料で形成されている。ヒンジ部４は、導電性材料で形成されており上部筐体１に設置される。ヒンジ部５は、絶縁性材料で形成されており下部筐体２に設置される。

下部筐体２の内部に収容された基板３には無線回路６が実装されている。基板３は、給電点７を介してアンテナ素子７と接続されている。

基板３の幅方向両端部近傍には、金具８及び９がそれぞれ設けられている。金具８及び９は、基板３のＧＮＤに接続されており、ヒンジ部４に近接して配置されている。

本実施形態にかかる携帯無線機の動作について説明する。無線回路６が受信動作中又は送信動作中には、給電点７を介してアンテナ素子１０から基板３へとアンテナ電流が流れる。

基板３へと流れたアンテナ電流は、基板３を介してヒンジ部５付近まで流れ、基板３とアースされている金具８，９へと到達する。金具８，９は、ヒンジ部４と容量結合しているため、アンテナ電流はヒンジ部４を介して上部筐体１へと伝わる。これにより、通信動作時にアンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流は、上部筐体１へとアースされる。

図２に、アンテナ電流が含まれる周波数帯域での無線回路６のアンテナ特性を示す。（ａ）は、本実施形態に係る携帯無線機の無線回路６が示すアンテナ特性であり、（ｂ）は、従来構成の携帯無線機の無線回路が示すアンテナ特性である。図２において、１番のマーカは８３０ＭＨｚ、２番のマーカは、８４０ＭＨｚ、３番のマーカは８７５ＭＨｚ、４番のマーカは８８５ＭＨｚを示している。本実施形態にかかる無線回路６は、各マーカが示す周波数において、リターンロスが低減している。また、（ａ）、（ｂ）それぞれのスミスチャートから明らかなように、本実施形態に係る無線回路６はアンテナ電流（ここでは８００ＭＨｚ）を含む周波数帯域において所望のアンテナ特性を示す帯域幅が拡大しているため、良好な通信品質を確保できる。

このように、本実施形態に係る携帯無線機は、基板３の端部を流れるアンテナ電流が金具を介した容量結合によって上部筐体へと流れるため、アンテナ電流の周波数帯域においては、上下筐体が電気的に分離された状態とはならない。また、ヒンジ内部にＦＰＣを持たないため、所望のアンテナ特性を得るために基板３を短くする必要はない。

なお、ここではアンテナ電流の周波数が８００ＭＨｚの場合を例にアンテナ特性の改善例を示したが、アンテナ電流が他の周波数（例えば１．５ＧＨｚや１．８ＧＨｚ）であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、図示した構成は、基板３が常時上部筐体１と容量結合する構成であるが、端末伸張時のみ容量結合するように構成しても良い。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図３に本実施形態に係る携帯無線機の構成を示す。
この携帯無線機は、上部筐体１と下部筐体２とが枢軸を介して連結されており、一方の筐体を他方に対して相対的に回転させることにより筐体長が伸縮する「回転型」の携帯無線機である。

上部筐体１は導電性材料で形成されている。下部筐体２は無線回路６を備えた基板３が収容される側の筐体であり、絶縁材料で形成されている。枢軸１１は、上部筐体１の背面側と下部筐体２の正面側とを連結している。

上部筐体１の枢軸１１近傍には、金具１２及び１３が設けられている。金具１２及び１３は、上部筐体１又はその内部の不図示の基板のＧＮＤと電気的に接続されている。

本実施形態にかかる携帯無線機の動作について説明する。
無線回路６が受信動作中又は送信動作中にアンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流は、給電点７を介してアンテナ素子１０から基板３へとアンテナ電流が流れる。基板３へと流れたアンテナ電流は、基板３の上端部まで流れ、基板３とアースされている金具８，９へと到達する。

端末を短縮した状態では、金具１２及び１３は、金具８及び９とは近接しておらず、アンテナ電流は、金具１２及び１３と金具８及び９との間では容量結合しない。

端末を伸張すると、金具８及び９と金具１２及び１３が近接して容量結合する。金具８及び９は、金具１２及び１３と容量結合しているため、上部筐体１へと伝わる。
これにより、通信動作時にアンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流は、上部筐体１へとアースされる。

よって、端末伸張時には、アンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流を含む周波数帯域におけるアンテナ特性が向上し、通信品質が向上する。

なお、ここでは端末伸張時のみ基板３と上部筐体１（又はその内部に収容された不図示の基板）とが容量結合する構成を示したが、図４に示すように、端末短縮時においてもこれらが容量結合するように構成しても良い。
また、ここでは上部筐体１に収容された不図示の基板と基板３とを容量結合する構成について説明したが、金具１２及び１３が基板３と上部筐体１とを容量結合させる構成であっても良い。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。図５に本実施形態にかかる携帯無線機の構成を示す。
この携帯無線機は、上部筐体１と下部筐体２とが相対的に上下方向に平行移動するように連結された「スライド型」の無線機である。

上部筐体１は導電性材料で形成されている。下部筐体２は無線回路６を備えた基板３が収容される側の筐体であり、絶縁材料で形成されている。上部筐体１の背面側と下部筐体２の正面側とは当接しており、相対的に上下方向に平行移動することによって端末が伸縮する。

上部筐体１の内部の下端分近傍には、金具１２及び１３が設けられている。金具１２及び１３は、上部筐体１又はその内部の不図示の基板のＧＮＤと電気的に接続されている。

下部筐体２の内部に収容された基板３には無線回路６が実装されている。基板３は、給電点７を介してアンテナ素子７と接続されている。基板３の上端側の幅方向両端部近傍には、金具８及び９がそれぞれ設けられている。金具８及び９は、基板３のＧＮＤに接続されている。

本実施形態にかかる携帯無線機の動作について説明する。
無線回路６が受信動作中又は送信動作中にアンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流は、給電点７を介してアンテナ素子１０から基板３へとアンテナ電流が流れる。基板３へと流れたアンテナ電流は、基板３の上端部まで流れ、基板３とアースされている金具８，９へと到達する。

端末を短縮した状態では、金具１２及び１３は、金具８及び９とは近接しておらず、アンテナ電流は、金具１２及び１３と金具８及び９との間では容量結合しない。

端末を伸張すると、金具８及び９と金具１２及び１３が近接して容量結合する。金具８及び９は、金具１２及び１３と容量結合しているため、上部筐体１へと伝わる。
これにより、通信動作時にアンテナ素子１０が発生させるアンテナ電流は、上部筐体１へとアースされる。

なお、ここでは端末伸張時のみ基板３と上部筐体１（又はその内部に収容された不図示の基板）とが容量結合する構成を示したが、図６に示すように、端末短縮時においてもこれらが容量結合するように構成しても良い。

〔第４の実施形態〕
本発明を好適に実施した第４の実施形態について説明する。図７に本実施形態に係る携帯無線機の構成を示す。この携帯無線機は、中間筐体２０と下部筐体２とがヒンジ部４及びヒンジ部５を介して連結されており、枢軸１９を介して上部筐体１を回転させることにより、上部筐体１を表裏反転させられる「二軸ヒンジ型」の端末である。

本実施形態にかかる携帯無線機において、下部筐体２（基板３）と中間筐体２０との容量結合の有無の切り換えは第１の実施形態と同様であり、中間筐体２と上部筐体２０との容量結合の有無の切り換えは第２の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態に係る携帯無線機は、伸張時には、金具８及び９とヒンジ部４とが容量結合し、金具１４及び１５と金具１６及び１７が容量結合する。従って、アンテナ素子１０が発生させたアンテナ電流は、基板３から中間筐体２０及び上部筐体１へとアースされる。

なお、ここでは基板３と上部筐体１（又はその内部に収容された不図示の基板）とが常時容量結合する構成を示したが、これらが端末伸張時のみ容量結合するように構成しても良い。

上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態においては、基板３の幅方向両端部付近に金具８及び９を設けた例を示したが、図８に示すように、金具はいずれか一方のみが端部にあれば良い。ただし、高周波電流は表皮効果によって基板３の端部に多く流れるため、上記各実施形態のように、基板の幅方向の両端部付近に金具を設ける方が好ましい。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る携帯無線機におけるアンテナ特性を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る携帯無線機の別の構成例を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る携帯電話機の別の構成例を示す図である。 本発明を好適に実施した第４の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す図である。 一方の端子のみを基板の幅方向端部に設置した携帯無線機の構成を示す図である。

符号の説明

１ 上部筐体
２ 下部筐体
３ 基板
４、５ ヒンジ部
６ 無線回路
７ 給電点
８、９、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 金具
１０ アンテナ素子
１１、１９ 枢軸
２０ 中間筐体

Claims (8)

1. 導電性材料で形成された第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末であって、
   前記回路基板には、無線通信時に前記アンテナ素子が前記回路基板に発生させるアンテナ電流を、少なくとも端末伸張状態において前記第１の筐体と容量結合させる導電性部材が幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置されていることを特徴とする携帯無線端末。
2. 前記回路基板には、前記導電性部材が二つ設けられていることを特徴とする請求項１記載の携帯無線端末。
3. 前記導電性部材は、前記回路基板の幅方向両端近傍にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項２記載の携帯無線端末。
4. 絶縁性材料で形成され第１の回路基板を収容した第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた第２の回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末であって、
   前記第２の回路基板には、無線通信時に前記アンテナ素子が前記第２の回路基板に発生させるアンテナ電流を、少なくとも端末伸張状態において前記第１の回路基板と容量結合させる導電性部材が幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置されていることを特徴とする携帯無線端末。
5. 前記第２の回路基板には、前記導電性部材が二つ設けられていることを特徴とする請求項４記載の携帯無線端末。
6. 前記導電性部材は、前記第２の回路基板の幅方向両端近傍にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項５記載の携帯無線端末。
7. 導電性材料で形成された第１の筐体と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末において無線通信時に前記アンテナ素子が前記回路基板に発生させるアンテナ電流をアースするアンテナ電流のアース方法であって、
   少なくとも端末伸張状態において前記第１の筐体と近接する導電性部材を前記回路基板の幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置し、前記アンテナ電流を前記第１の筐体に容量結合させることを特徴とするアンテナ電流のアース方法。
8. 絶縁性材料で形成された第１の筐体に収納された第１の回路基板と、アンテナ素子及び該アンテナ素子を用いて無線通信を行う無線回路を備えた第２の回路回路基板を収納し絶縁性材料で形成された第２の筐体とが伸縮自在に連結された携帯無線端末において無線通信時に前記アンテナ素子が前記第２の回路基板に発生させるアンテナ電流をアースするアンテナ電流のアース方法であって、
   少なくとも端末伸張状態において前記第１の回路基板と近接する導電性部材を前記第２の回路基板の幅方向の少なくとも一方の端部近傍に設置し、前記アンテナ電流を前記第１の回路基板に容量結合させることを特徴とするアンテナ電流のアース方法。

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