JP2006191437A

JP2006191437A - 携帯無線機

Info

Publication number: JP2006191437A
Application number: JP2005002425A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Yamamoto; 大輔山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20
Also published as: US20100033383A1; WO2006073180A1

Abstract

【課題】高アンテナ性能、高アンテナ利得を確保できる携帯無線機を提供する。
【解決手段】アンテナ素子１１と無給電素子１６とで所定の帯域を確保しているアンテナ構成において、アンテナ素子１１を上筐体ケース３の内側面に、無給電素子１６を上筐体ケース３の外側面に実装し、上筐体ケース３と上筐体ケース３の外側に取り付けられたパネル４の間に配置することで、無給電素子１６と上筐体１内部の金属部品との距離を離すよう構成している。さらに、通話状態においてアンテナ素子１１より導波器動作する無給電素子１６を人体から遠い位置に配置することで、人体と逆方向への放射を強くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナの高性能化、かつ高いアンテナ利得効果を有した携帯無線機に関するものである。

近年、携帯無線機が広く普及し、ユーザーからは、小型、軽量、かつデザイン性のよい商品が要求されている。携帯無線機のアンテナもまた、こういったニーズに応えるため、小型化、軽量化はもちろんのこと、筐体に完全に内蔵化されたアンテナが要求されている。しかしながら、アンテナを筐体に内蔵化すると内部の回路基板、金属部品と近接し、アンテナ性能が著しく劣化する。また、筐体の薄型化を図る上で、さらにアンテナ性能は劣化する方向となる。そこで、筐体の薄型化を図りつつ、筐体に内蔵したアンテナの高性能化が課題となっている。

最近の内蔵アンテナの一例を、図１１に示すものを例にとって説明する。
図１１に示すように、この携帯無線機１０１は、筐体１０２内部に、給電部１０３から給電されるアンテナ素子１０４とアンテナ素子１０４から所定の距離離して無給電素子１０５を配置している。そして、この携帯無線機１０１では、アンテナ素子１０４、無給電素子１０５による共振により広帯域化、低ＳＡＲ化を図っている。
また、このアンテナは、図１２に示す位置関係でアンテナ素子１０４と無給電素子１０５を配置することにより、無給電素子１０５を導波器動作させており、無給電素子１０５の効果により、アンテナの放射指向性を人体１０７とは異なる方向（図１２中矢印方向）に向けることでアンテナ利得の向上を図っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４３９１６号公報

しかしながら、携帯無線機の筐体小型化、薄型化が図られるにつれ、筐体内部に配置されたアンテナと筐体内部の回路基板、金属部品との距離はさらに近接していき、アンテナの狭帯域化、そして、アンテナ性能の劣化を引き起こすという問題がある。
また、図１２に示したように、携帯無線機１０１の筐体１０２の先端部は、デザインの関係上、曲線を帯びることが多く見られ、そこに導波器動作する無給電素子１０５が配置されると、アンテナの放射方向は図１２に示した矢印の方向である筐体１０２の上方向となり、人体逆側へアンテナ指向性を向けることができないため、人体の影響を受け、アンテナ利得の劣化を引き起こすという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、筐体の厚さを変えることなく、高いアンテナ性能、高いアンテナ利得を確保できる携帯無線機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の携帯無線機は、誘電体材料でできた筐体と、前記筐体の内側に設けられたアンテナ素子と、前記筐体の外側に取り付けられた誘電体材料からなるパネルと、前記筐体の外側に配置され、電気長が約半波長で導波器として動作する無給電素子とを有し、前記アンテナ素子と前記無給電素子が音声通話状態において使用者側と反対面に配置されている構成を採る。
この構成により、無給電素子が筐体内部の金属部品や回路基板と遠ざかり、高いアンテナ性能を確保するとともに通話状態において無給電素子をアンテナ素子より使用者の人体から離れた位置に配置し、導波器として動作させることで、高いアンテナ利得を確保できる。

本発明の携帯無線機は、誘電体材料でできた筐体と、前記筐体の外側に設けられたアンテナ素子と、前記筐体の外側に取り付けられた誘電体材料からなるパネルと、前記筐体の外側に配置され、電気長が約半波長で導波器として動作する無給電素子とを有し、前記アンテナ素子と前記無給電素子が音声通話状態において使用者側と反対面に配置されている構成を採る。
この構成により、アンテナ素子が筐体内部の金属部品、回路基板と遠ざかり、さらに高いアンテナ性能を確保できる。

本発明の携帯無線機は、前記アンテナ素子が前記筐体の外側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されている構成を採る。
この構成により、アンテナ素子の電気長を短縮でき、アンテナの小型化を図ることができる。

本発明の携帯無線機は、前記アンテナ素子が前記パネルの内側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されている構成を採る。
この構成により、異なる材質でできたパネルに応じた電気長にアンテナ素子長を調整することで、パネルの材質にかかわらず、同じアンテナ性能を確保できる。

本発明の携帯無線機は、前記無給電素子が前記筐体の外側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されている構成を採る。
この構成により、無給電素子の電気長を短縮でき無給電素子の小型化を図ることができる。

本発明の携帯無線機は、前記無給電素子が前記パネルの内側に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されている構成を採る。
この構成により、異なる材質でできたパネルに応じた電気長に無給電素子長を調整することで、パネルの材質にかかわらず、同じアンテナ性能を確保できる。

本発明の携帯無線機は、前記無給電素子が面状であり、かつ内部に穴が開いており、前記パネルを固定する導電性ビスが前記パネルから前記筐体まで挿入され、前記無給電素子内部を貫いている構成を採る。
この構成により、無給電素子の軽量化を図ることができ、かつ、無給電素子内部に貫かれたビスの長さ、締め度合を調整することで、無給電素子による共振周波数を調整でき、かつ、ビスがない状態と比較し、無給電素子の電気長を短縮でき、小型化を図ることができる。

本発明の携帯無線機は、前記無給電素子が前記パネルの一部として構成されている構成を採る。
この構成により、無給電素子を筐体内部の金属部品、回路基板からさらに離すことができ、かつ、無給電素子面を外部に面し配置することで、誘電体材料による損失を低減し、さらに高いアンテナ性能を確保できる。

本発明の携帯無線機は、前記アンテナ素子が平衡給電される構成を採る。
この構成により、使用者の手、人体の影響を低減でき、高いアンテナ利得を確保できる。

本発明の携帯無線機は、前記アンテナ素子が不平衡給電される構成を採る。
この構成により、回路基板のグランドパターンからの放射により、広帯域化でき、高いアンテナ性能を確保できる。
本発明の携帯無線機は、前記パネルが、前記筐体に対して着脱可能とされている構成を採る。
この構成により、ユーザーによって自由にパネルの取り付け、取り外しができ、デザイン性を向上させることができる。

本発明の携帯無線機によれば、導波器動作する無給電素子を筐体の外側に取り付けられたパネルと筐体との間に配置することにより、高アンテナ性能化、高いアンテナ利得を確保するという効果を有する携帯無線機を提供することができるものである。

以下、本発明の実施形態の携帯無線機について、図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の携帯無線機の正面図である。
図１に示すように、この携帯無線機は、この携帯無線機の筐体を構成する上筐体１が、上筐体カバー２と上筐体ケース３とから構成され、この上筐体１に、パネル４が取り付けられている。そして、この上筐体１は、下筐体５に連結され、その連結部を構成するヒンジ６を軸として回動することにより、これら上筐体１及び下筐体５を開閉できるよう構成されており、音声通話状態において上筐体１の上筐体カバー２が人体に接する使用者側に配置され、上筐体ケース３が人体に接しない使用者側と反対側に配置される。

上筐体１を構成する上筐体ケース３は、非導電性誘電体材料のＡＢＳ樹脂等で形成され、その寸法は例えば、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ程度の大きさで、厚さは１ｍｍ程度である。また、パネル４は、非導電性誘電体材料のアクリル樹脂等で形成され、厚みは１ｍｍ程度である。このパネル４は、例えば、携帯無線機のユーザーによって自由に取り付け・取り外しができ、交換可能なものとされている。

上筐体１の内部には、ＬＣＤ７、レシーバ８、カメラ９等が配置され、これらが回路基板１０と接続されている。回路基板１０上にはアンテナ素子１１の給電点１２が配置されている。また、下筐体５内部には回路基板１３があり、この回路基板１３上に無線回路１４が配置され、回路基板１０上の給電点１２まで同軸ケーブル１５で接続されている。
アンテナ素子１１は、上筐体１を構成する上筐体ケース３の内側面に実装されており、アンテナ素子１１は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性材料で形成され、回路基板１０上の給電点１２と給電ピン等で接続されている。アンテナ素子１１は、例えば一波長ダイポールアンテナの構成をとり、２ＧＨｚ帯で使用を考えた場合、実効長が約１５０ｍｍであり、上筐体１の幅方向に実装できない場合、アンテナ素子１１の先端を上筐体１の長手方向に折り曲げた形状で構成される。

また、上筐体ケース３には、その外側面に、アンテナ素子１１とある所定の距離をもって無給電素子１６が実装されている。この無給電素子１６は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性材料で形成されたもので、上筐体ケース３とパネル４の間に配置されている。無給電素子１６は、例えば２ＧＨｚ帯で使用を考えた場合、実効長が約７５ｍｍとなり、上筐体１の幅方向に実装できない場合、無給電素子１６の先端部を上筐体１の長手方向に折り曲げた形状で構成される。

次に、以上のように構成された携帯無線機の動作を説明する。
電波の放射は、給電点１２で給電されたアンテナ素子１１と、このアンテナ素子１１と空間的に結合している無給電素子１６とから行われる。例えばＷ−ＣＤＭＡ方式２ＧＨｚ帯で使用した場合、送信周波数帯である１９２０〜１９８０ＭＨｚをアンテナ素子１１の共振により、受信周波数帯である２１１０〜２１７０ＭＨｚ帯を無給電素子１６の共振によって帯域を確保する。また、無給電素子１６はアンテナ素子１１の放射と結合し、アンテナ全体の放射を無給電素子１６側に誘導する導波器として動作する。

このように、本発明の第１実施形態の携帯無線機によれば、無給電素子１６を上筐体ケース３の外側面に実装し、上筐体ケース３とパネル４との間に配置することで、無給電素子１６の電気長を短縮でき小型化を図ることができる。また、無給電素子１６は上筐体ケース３とパネル４の間に配置されるため、破損の恐れがなく、使用時に外部から見えることもない。
さらに、上筐体１内部の回路基板１０、レシーバ８、カメラ９などの金属部品から上筐体ケース３の厚み１ｍｍ分、離して配置することができ、上筐体１の厚さを増すことなく、高いアンテナ性能を確保できる。

図２は無給電素子１６と回路基板１０等の金属部品との距離を変化させたときのアンテナ放射効率変化を示すものである。この図２から分かるように、無給電素子１６と回路基板１０等の金属部品との距離を離すことで、アンテナ放射効率は向上し、逆に近づけるとアンテナ放射効率は劣化していく。
例えば、無給電素子１６を上筐体ケース３の内側面に実装することにより金属部品との距離が４．５ｍｍとなる場合、無給電素子１６を上筐体ケース３の外側面に実装することで上筐体ケース３の厚さ１ｍｍ分、金属部品等からの距離を離すことができ、その距離は５．５ｍｍとなり、アンテナ放射効率を０．５ｄＢ向上できる。

また、導波器動作する無給電素子１６をアンテナ素子１１の位置より通話状態において使用者と逆側に配置することで人体逆側の放射を強め、高いアンテナ利得を確保できる。
図３は、上筐体１の内側面に無給電素子１７を実装した場合の携帯無線機の側面図とＺ−Ｘ面放射指向性を示し、図４は、無給電素子１６を上筐体１の外側面に実装し、無給電素子１６が上筐体１とパネル４の間に配置されている本第１実施形態の携帯無線機の側面図とＺ−Ｘ面放射指向性を示すものである。

図３（ａ）に示すように、無給電素子１７を上筐体１の内側に実装すると、アンテナ素子１１と無給電素子１７の位置関係は同一平面状となり、アンテナ放射指向性は図３（ｂ）の矢印で示した上筐体１の上方向に向くこととなる。それに対し、図４（ｂ）に示すように、無給電素子１６を上筐体１の外側面に実装すると、通話状態において無給電素子１６がアンテナ素子１１より人体から離れる位置に配置され、図４（ｂ）の矢印で示した人体逆側への放射を強くすることができ、人体の影響を低減し、アンテナ利得の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。
図５に示す構成のように、この携帯無線機では、アンテナ素子１８が上筐体ケース３の外側面に実装され、上筐体ケース３を通り、給電点１２から給電される。そして、この第２実施形態の場合でも、第１実施形態同様の効果が得られ、特に、この場合、アンテナ素子１８を上筐体ケース３とパネル４との間に配置することで、アンテナ素子１８の電気長を短縮でき小型化を図ることができる。また、上筐体１内の金属部品とアンテナ素子１８の距離を離すことで高いアンテナ性能を確保できる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１、２の実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。

図６に示す構成のように、この携帯無線機では、無給電素子１９がパネル４の内側面に実装され、上筐体ケース３とパネル４との間に配置されている。
このように本発明の第３実施形態の携帯無線機によれば、無給電素子１９をパネル４の内側面に配置することで、上筐体１内部の金属部品から距離を離すことができ、さらに高いアンテナ性能を確保できる。
また、パネル４に無給電素子１９を実装することで、異なる材質でできたパネルに対して、個々に無給電素子１９の物理長を調整することで、異なる材質でできたパネル４にかかわらず、同じ共振周波数で共振するインピーダンス特性を得ることでき、同じアンテナ性能を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１、２、３実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。

図７に示す構成のように、この携帯無線機では、アンテナ素子２０がパネル４の内側面に実装され、上筐体ケース３とパネル４との間に配置されている。
このように本発明の第４実施形態の携帯無線機によれば、アンテナ素子２０をパネル４の内側面に配置することで、上筐体１内部の金属部品から距離を離すことができ、さらに高いアンテナ性能を確保できる。また、パネル４にアンテナ素子２０を実装することで、異なる材質でできたパネル４に対して、個々にアンテナ素子２０の物理長を調整することで、異なる材質でできたパネル４にかかわらず、同じ共振周波数で共振するインピーダンス特性を得ることでき、同じアンテナ性能を得ることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図８は、本発明の第５の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１〜４実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。

図８に示す構成のように、この携帯無線機では、無給電素子１９及びアンテナ素子２０がパネル４の内側面に実装され、上筐体ケース３とパネル４との間に配置されている。
このように本発明の第５実施形態の携帯無線機によれば、無給電素子１９及びアンテナ素子２０をパネル４の内側面に配置することで、これら無給電素子１９及びアンテナ素子２０を上筐体１内部の金属部品から距離を離すことができ、さらに高いアンテナ性能を確保できる。また、パネル４に無給電素子１９及びアンテナ素子２０を実装することで、異なる材質でできたパネル４に対して、個々に無給電素子１９及びアンテナ素子２０の物理長を調整することで、異なる材質でできたパネル４にかかわらず、同じ共振周波数で共振するインピーダンス特性を得ることでき、同じアンテナ性能を得ることができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図９は、本発明の第６の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１〜５実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。

図９に示す構成のように、この携帯無線機では、無給電素子２１が面状で構成されており、その内部には穴が開いている。また、パネル４を固定する導電性ビス２２がパネル４から上筐体ケース３に設けられたビス穴２３に挿入され、穴の開いた面状の無給電素子２１の内部を貫く構成を採っている。このように、無給電素子２１を面状で構成し、かつその内部に穴を開けることで軽量化が可能となる。また、穴の開いた無給電素子２１の中に導電性ビス２２を通すことで、無給電素子２１による共振周波数を低くすることができ、同じ周波数帯で使用を考えた場合、無給電素子２１の物理長を短くし、共振周波数を調整することができ、無給電素子２１の小型化を図ることができる。

さらに、導電性ビス２２の長さを長くすると、無給電素子２１の共振周波数を低くすることができ、さらに無給電素子２１の物理長を短くすることができ、小型化を図ることができる。また、導電性ビス２２の締め付け度合いを調整し、上筐体１の厚み方向での導電性ビス２２の位置を変化させることで、無給電素子２１による共振周波数の調整を可能とする。
このように本発明の第６の実施形態の携帯無線機によれば、無給電素子２１を面状で構成し、その内部に穴をあけ、パネル４固定用の導電性ビス２２をその中に通すことで、無給電素子２１の軽量化かつ、小型化を図ることができる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る携帯無線機について説明する。
図１０は、本発明の第７の実施形態の携帯無線機の正面図である。
なお、この実施形態において第１ないし第５実施形態と同一の構成要素を示すものには同一の符号を付け、説明を省略する。また、アンテナとしての動作は第１実施形態と同様であり、省略する。

図１０に示すように、この携帯無線機は、無給電素子２４をパネル４の一部で構成する形を採る。無給電素子２４をパネル４の一部で構成し、上筐体１内部の金属部品からさらに距離を離すことで高いアンテナ性能を確保できる。また、パネル４の一部で構成された無給電素子２４をパネル４の外側面に出すことで、パネル４の材質である誘電体による損失を低減でき、さらに高いアンテナ性能を確保できる。
このように本発明の第７の実施形態の携帯無線機によれば、無給電素子２４をパネル４の一部で構成することで、さらに高いアンテナ性能を確保でき、かつ、別部材で無給電素子２４を構成する必要がなく、組み立て性の改善、コストダウンを図ることができる。

なお、以上の実施形態ではアンテナ素子は平衡給電型であるダイポールアンテナを例に説明したが、不平衡給電型である例えばモノポールアンテナの場合であっても同様の効果が得られる。
また、以上の実施形態では上下筐体がヒンジ６で回動可能な折畳式の携帯無線機を例に説明したが、１つの筐体で構成された棒状の携帯無線機でも同様の効果が得られる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものはではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

本発明の第１実施形態における携帯無線機の正面図である。本発明の第１実施形態における携帯無線機の実験結果である。無給電素子を筐体内部に実装した場合の携帯無線機を示すもので、（ａ）は、携帯無線機の概略側面図、（ｂ）は、放射指向性を示すグラフ図である。無給電素子を筐体外部に実装した第１実施形態の携帯無線機を示すもので、（ａ）は、携帯無線機の概略側面図、（ｂ）は、放射指向性を示すグラフ図である。本発明の第２実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。本発明の第３実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。本発明の第４実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。本発明の第５実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。本発明の第６実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。本発明の第７実施形態における携帯無線機の構成を示す正面図である。従来の携帯無線機のアンテナ構成を示す正面図である。従来の携帯無線機のアンテナ構成を示す通話状態における筐体先端部の側面図である。

符号の説明

１上筺体
２上筐体カバー
３上筐体ケース
４パネル
５下筐体
１１アンテナ素子
１２給電点
１６、１７、１９、２１、２４無給電素子
１８、２０、アンテナ素子
２３ビス穴

Claims

誘電体材料でできた筐体と、前記筐体の内側に設けられたアンテナ素子と、前記筐体の外側に取り付けられた誘電体材料からなるパネルと、前記筐体の外側に配置され、電気長が約半波長で導波器として動作する無給電素子とを有し、前記アンテナ素子と前記無給電素子が音声通話状態において使用者側と反対面に配置されていることを特徴とする携帯無線機。
誘電体材料でできた筐体と、前記筐体の外側に設けられたアンテナ素子と、前記筐体の外側に取り付けられた誘電体材料からなるパネルと、前記筐体の外側に配置され、電気長が約半波長で導波器として動作する無給電素子とを有し、前記アンテナ素子と前記無給電素子が音声通話状態において使用者側と反対面に配置されていることを特徴とする携帯無線機。
前記アンテナ素子が前記筐体の外側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項２記載の携帯無線機。
前記アンテナ素子が前記パネルの内側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項２記載の携帯無線機。
前記無給電素子が前記筐体の外側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項４のいずれかに記載の携帯無線機。
前記無給電素子が前記パネルの内側面に実装され、前記筐体と前記パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の携帯無線機。
前記無給電素子が面状であり、かつ内部に穴が開いており、前記パネルを固定する導電性ビスが前記パネルから前記筐体まで挿入され、前記無給電素子内部を貫いていることを特徴とする請求項1ないし請求項６のいずれかに記載の携帯無線機。
前記無給電素子が前記パネルの一部として構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項４のいずれかに記載の携帯無線機。
前記アンテナ素子が平衡給電されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の携帯無線機。
前記アンテナ素子が不平衡給電されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の携帯無線機。
前記パネルは、前記筐体に対して着脱可能とされていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の携帯無線機。