JP2007060182A - 携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 折り畳み式携帯電話機において、第一のアンテナの他に、上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とを第二のアンテナとして動作させ、これらアンテナ間の素子間相互結合を無くし、特性劣化を防ぐ。
【解決手段】 上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とによる第二のアンテナ１３の給電線路１３１と第二のアンテナの整合回路１３２との間に、アンテナ接続スイッチ１３０を設ける。そして、第一のアンテナ１２を選択している時には、アンテナ接続スイッチ１３０を開放し、第二のアンテナ１３を動作させないことにより、第一のアンテナ１２の特性劣化を防ぐ。
【選択図】 図２

Description

本発明は携帯無線端末に関し、特に折り畳み式の携帯無線端末のアンテナの改良に関するものである。

近年の急速な携帯電話機の普及に伴って、加入者容量が逼迫してきており、８００Ｍ帯と１．５Ｇ帯との両帯域や、８００Ｍ帯と２Ｇ帯との両帯域において使用可能な、いわゆるデュアルバンド対応の携帯電話機が求められている。一方、携帯無線端末である携帯電話機の形状も多種多様なもの提供されており、これらの携帯電話機の一つとして、ディスプレイを大型化することが可能な折り畳み式の携帯電話機がある（特許文献１参照）。

図８および図９に、かかる折り畳み式携帯電話機の一例を示す。図８は開いた状態における折り畳み式携帯電話機の斜視図であり、内部を見易くするために透視的に示している。図８に示すように、この折り畳み式携帯電話機は、前面部３に表示部２０が装着されている第一の筐体としての上部筐体１と、前面部５に複数のデータ入力用ボタンまたはキーを含むキー操作部１７が装着されている第二の筐体としての下部筐体２と、上部筐体１と下部筐体２とを相互に回転自在に連結しているヒンジ部１９とを備えている。

図において、４は上部筐体背面部、６は下部筐体背面部、７は電池、８は上部筐体（プリント）回路基板、９は下部筐体（プリント）回路基板、１０は上部筐体回路部、１１は下部筐体回路部、１２はアメンダアンテナ、１５はレシーバ、１６はマイク、１８は上部及び下部筐体回路基板を相互に電気的に接続するための上下回路接続部であり、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）である。また、２３は外部インターフェースであり、データ通信を行う場合に使用されるコネクタである。

このような折り畳み式携帯電話機においては、上部筐体１及び下部筐体２は、少なくともどちらか一方がプラスチックをモールド成形されたものからなっている。モールド形成された表面には、金属膜（図示せず）が蒸着またはメッキにより形成されるが、この金属膜はヒンジ部１９に達しないように形成される。このために、回路基板８を含む上部筐体１と回路基板９を含む下部筐体２とは、相互に高周波電流が流れないように、互いに電気的に絶縁された状態に維持されている。

この場合、図８に示したように、上部筐体１と下部筐体２とは、両回路基板８，９相互間の電気的接続用のＦＰＣ１８により接続されるが、このときのヒンジ部１９付近に配置されているアンテナ１２の特性について考えると、図９（ａ）に示すように、ヒンジ部１９内におけるＦＰＣ１８（図９では特にＦＰＣは示していない）の長さを調整することにより、下部筐体回路基板９に流れる高周波の電流Ｂと、上部筐体回路基板８に流れる電流Ａとを同相とすることができ、よってこれら電流Ａ，Ｂを、アンテナ１２に流れる電流Ｃと同相とすることができ、アンテナ１２の効率が良好になる。

このような折り畳み式携帯電話機において、上述したデァルバンド対応のために、アンテナ１２の他に、もう一つアンテナを設けることが必要となるが、アンテナ１２の他に、別のアンテナを設けるためには、筐体内にそのための別のスペースを確保することが必要であるが、小型軽量化が要求される携帯電話機では、そのような余分なスペースを確保することは極めて困難である。

そこで、特許文献２を参照すると、もう一つのアンテナを設ける代わりに、上部及び下部の各筐体１，２にそれぞれ設けられている回路基板８，９を、ダポールアンテナの一対の放射素子（アンテナエレメント）として動作させるようにした技術が開示されている。この技術によれば、回路基板そのものをアンテナエレメントとして動作させるものであるから、アンテナ実装スペースが不要になるという利点がある。

このように、上部及び下部の各筐体１，２の回路基板８，９を、ダイポールアンテナの一対のアンテナエレメントとして動作させるためには、回路基板８，９を給電線路により互いに電気的に接続する必要があるが、この場合におけるアンテナ１２の特性を考えると、図９（ｂ）に示すように、下部筐体回路基板９に流れる高周波の電流Ｂと、上部筐体回路基板８に流れる電流Ａとが互いに逆となり、このことにより、アンテナ１２の電流分布が乱されて、その特性が劣化して良好な特性が得られないことになる。

ここで、特許文献３を参照すると、アンテナを２つ設けた場合におけるアンテナ間の相互結合を調整するために、非選択アンテナの終端インピーダンスを調整して、選択アンテナの特性劣化を防止する技術が開示されている。図１０はこの特許文献３の回路を示す図であり、２つのアンテナ１２，１３が設けられている場合、これらアンテナの各々に対して、整合回路１２２，１２３を設け、更に３端子網のＴ型位相器１２３，１３３を設けて、アンテナ選択スイッチ２１により両アンテナの選択制御を行うようになっている。なお、２２は両アンテナに共通の送受信回路である。

また、特許文献４を参照すると、移動体通信用のダイバーシチアンテナシステムにおいて、一方のアンテナを選択している時には、他方のアンテナの給電端子と給電伝送路とを電気的に切り離すために、ピンダイオードによるスイッチ回路を用いて、非選択アンテナに対して、無駄な高周波電力が供給されるのを防止して、消費電力の浪費をなくす技術が開示されている。

特開２００３−００８３２０号公報 特開２００４−１７２９１９号公報 特開２０００−２８６７６７号公報 特開２０００−０６８９０９号公報

図１０の回路においては、上述したような８００Ｍと１．５Ｇや、８００Ｍ帯と２Ｇ帯の両帯域をカバーする携帯電話機では、終端インピーダンスを両帯域同時に最適に調整することが難しく、どちらか一方の帯域を最適に調整すると、もう一方の帯域ではアンテナ特性が劣化した状態で使用せざるを得ないという問題がある。また、アンテナ特性改善のために位相回路１２３，１３３を設けることにより通過ロスが増えてしまい、携帯電話機の特性が劣化してしまう問題がある。

更に、図８，９に示した折り畳み式携帯電話機のヒンジ部１９の付近に設けた第一のアンテナ１２の特性を良好にするためには、上部筐体回路基板８と下部筐体回路基板９のアンテナ電流の位相を上下回路接続部であるＦＰＣ１８の長さを調整することが必要であることは上述したとおりであるが、上部筐体回路基板８と下部筐体回路基板９とにより第二のアンテナ１３を構成するような方式を採用した場合には、上部筐体回路基板８と下部筐体回路基板９とを給電線により電気的に接続する必要があることから、第一のアンテナ１２の特性が大幅に劣化してしまう問題というがある。

更にはまた、特許文献４の技術では、折り畳み式携帯電話機における上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とにより第二のアンテナを構成するという思想は全くないと共に、この技術は２つのアンテナ搭載時の消費電力の削減を目的としたものであって、非選択アンテナが選択アンテナに対して悪影響を及ぼすことを防止するためのものではない。

本発明の目的は、２つのアンテナを搭載した場合におけるアンテナ相互の影響を防止してデュアルモードに対応可能な携帯無線端末を提供することである。

本発明の他の目的は、２つのアンテナのうち１つのアンテナを回路基板を用いた場合に特有の問題である他のアンテナ特性を劣化させる要因をなくしてアンテナ効率を向上可能としたデュアルモード対応の携帯無線端末を提供することである。

本発明による携帯無線端末は、第一のアンテナの他に、第一及び第二の筐体の各々に収容された第一及び第二の回路基板を給電線路により接続して第二のアンテナとして使用するようにした携帯無線端末であって、前記第一のアンテナが選択状態のときに、前記第二のアンテナを開放状態とするスイッチ手段を含むことを特徴する。

本発明の作用を述べる。折り畳み式携帯無線端末において、上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とによる第二のアンテナの給電線路と第二のアンテナの整合回路との間に、アンテナ接続スイッチを設ける。そして、第一のアンテナを選択している時には、アンテナ接続スイッチを開放し、第二のアンテナを動作させないことにより、第一のアンテナの電流分布を乱さないようにして、この第二のアンテナの特性劣化を防ぐ。

本発明によれば、折り畳み式の携帯無線端末において、ヒンジ部に設けたアンテナの特性を劣化させることなく、上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とをアンテナとして動作させる方式のアンテナシステムを構築することが可能となるという効果がある。また、ヒンジ部に設けたアンテナを手で覆ってしまった場合に当該アンテナの特性が劣化しても、もう一方のアンテナ側に切り替えることにより、通話品質を確保することが可能となる。

更に、本発明によれば、異なる２つ以上の帯域をカバーするようなデュアルバンド対応の携帯無線端末においても、アンテナ間結合を減らすための位相器の調整も容易に可能となり、通過ロスを軽減することが可能となるという効果がある。

以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳述する。図１は本発明の実施の一形態の斜視図であり、図８，９と同等部分は同一符号により示している。なお、図においては、内部を見易くするために透視的に示している。

図８と相違する部分について説明すると、本実施形態においては、携帯無線端末として携帯電話機が示されている。この携帯電話機においては、第一のアンテナ１２は、ヒンジ部１９に隣接して、下部筐体背面部６に装着されている。このアンテナ１２はメアンダアンテナであり、このアンテナ１２からは下部筐体前面部５に向かって給電端子１２１が延びている。更に、下部筐体回路基板９と上部筐体回路基板８との間が給電線路１３１で接続されており、下部筐体回路基板９と上部筐体回路基板８とを第二のアンテナとして動作させる様に構成されている。

図２は第一のアンテナ１２と第二のアンテナ１３との整合回路を示す図であり、図１０と同等部分は同一符号により示している。第一のアンテナ１２は整合回路１２２に接続され、更に位相調整回路１２３を介してアンテナ選択スイッチ２１に接続されており、そして、このスイッチ２１を介して送受信回路２２に接続されている。

第二のアンテナ１３は給電線路１３１で給電されることによりアンテナとして動作し、給電線路１３１はアンテナ接続スイッチ１３０に接続され、更に整合回路１３２を介してアンテナ選択スイッチ２１に接続され、そして、このスイッチ２１を介して送受信回路２１に接続されている。位相器１２３は、第二のアンテナ１３が選択された場合に、第一のアンテナ１２が動作しないように調整されている。

ここで、動作について説明する。第二のアンテナ１３が選択された場合には、アンテナ選択スイッチ２１が第二のアンテナ１３側と送受信回路を接続する。このとき、アンテナ接続スイッチ１３０がオンし、整合回路１３２と給電線路１３１が接続され、上部筐体回路基板８と下部筐体回路基板９とが第二のアンテナ１３として動作する。このとき第一のアンテナ１２は、位相器１２３で終端される。この位相器１２３は、第二のアンテナ１３が選択された場合に、第一のアンテナ１２が動作しないように調整されているために、第二のアンテナ１３は良好な特性が得られる。

一方、第一のアンテナ１２が動作している場合には、アンテナ選択スイッチ２１がアンテナ１２側を選択し、送受信回路２１と第一のアンテナ１２が接続される。このとき位相回路１２３は、５０Ωになるように調整されており、整合回路１２２は、５０Ωと第一のアンテナ１２のインピーダンスの整合が取れるように調整されている。一方、第二のアンテナ１３については、アンテナ接続スイッチ１３０が切断され、整合回路１３２と給電線路１３１が切断される。その結果、第二のアンテナ１３は開放状態となってアンテナとして動作しなくなり、よって第一のアンテナ１２は、その動作電流分布が乱されなくなって良好な特性が得られることになるのである。

図３は、図２の回路の具体例を示す図であり、アンテナ接続スイッチ１３０をＰＩＮダイオードで構成した場合の回路図である。コンデンサＣ１〜Ｃ４は、所望の周波数で十分インピーダンスが低くなるように調整されている。また、ＰＩＮダイオードＸ１は、それがオフの時には、容量性を示すために、インダクタＬ１はＰＩＮダイオードＸ１のオフ時の容量を打ち消し、所望の周波数でインピーダンスが十分大きくなるように選択される。また、インダクタＬ２，Ｌ３についても、制御ラインのインピーダンスが影響しないように、所望の周波数で十分に大きくなるように選択される。

また、抵抗Ｒ１は、電流調整用でありＰＩＮダイオードＸ１のオン時の抵抗がアンテナ特性に影響を与えない程度になるように調整される。アンテナ１３が選択された場合には、制御信号がハイレベルとなり、ＰＩＮダイオードＸ１と抵抗Ｒ１とを経由し、インバータＩ１に電流が流れ、第二のアンテナ１３がアンテナとして動作する。一方、第一のアンテナ１２が選択された場合には、制御信号がローレベルとなる。このときインバータ出力はハイレベルとなり、ＰＩＮダイオードＸ１に逆バイアス電圧が掛かり、ＰＩＮダイオードＸ１はオフとなる。

ここで、ＰＩＮダイオードＸ１のオン時の抵抗は、１〜２Ω程度発生するが、図４（ａ）に示すように、第二のアンテナ１３の放射抵抗が高いために、ＰＩＮダイオードＸ１のオン抵抗での放射ロスは十分に小さくなり、問題とならない。

ここで、特許文献４に開示の技術では、一般的に、アンテナ素子としてλ／４のアンテナ素子を使用した場合、図４（ｂ）に示すように、そのインピーダンス（放射抵抗）は小さいので、直列にＰＩＮダイオードなどの抵抗成分を有する素子を挿入すると、アンテナ効率が劣化してしまうことになるが、本例のように、上下筐体の回路基板をアンテナ素子として使用した場合には、前述したように、そのインピーダンス（放射抵抗）は大きいので、ＰＩＮダイオードを直列に挿入しても、ＰＩＮダイオードの抵抗による効率劣化量は小さく、よって図２の如く第二のアンテナ１３に直列にアンテナ接続スイッチ１３０を挿入するこが可能となるのである。

なお、図３においては、ＰＩＮダイオードを用いているが、他のスイッチ素子であるＧａＡｓスイッチ等を使用しても良いものである。

図５は本発明の他の実施の形態を示す図であり、第一のアンテナ１２として、逆Ｆアンテナを使用した例であり、図６は本発明の更に他の実施の形態を示す図であり、第一のアンテナ１２として、逆Ｌアンテナを使用した例である。また、図７は本発明の別の実施の形態を示す図であり、第一のアンテナ１２として、ヘリカルアンテナを使用した例である。このように、アンテナ１２側にどのような方式のアンテナを用いても、同様の効果が得られる。

なお、第二のアンテナ１３のみにアンテナ接続スイッチ１３０を入れているが、両方のアンテナに切断スイッチを設けても構わない。このように構成することにより、第二のアンテナ１３として、折り畳み式携帯電話機の上部筐体回路基板と下部筐体回路基板とによるアンテナを用い、第一のアンテナ１２をヒンジ部付近に設けることが可能になる。そして、第二のアンテナ１３の位相回路１３３を削減することが可能となり、通過ロスを軽減することが可能となる。

上記の各実施の形態においては、携帯電話機について説明しているが、一般に、携帯型の無線通信用の端末に広く適用できることは明らかである。

本発明の第一の実施形態に係る携帯電話機の透視斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る携帯電話機のアンテナ部の回路図である。 図２のアンテナ接続スイッチ１３０にＰＩＮダイオードを用いた場合の回路図である。 （ａ）は本発明の第一の実施形態に係る第二のアンテナの単体インピーダンスであり、（ｂ）は一般的なλ／４アンテナの単体インピーダンスである。 本発明の第二の実施形態に係る携帯電話機の透視斜視図である。 本発明の第三の実施形態に係る携帯電話機の透視斜視図である。 本発明の第四の実施形態に係る携帯電話機の透視斜視図である。 従来の折り畳み式携帯電話機の透視斜視図である。 図８の携帯無線機において、上部筐体を流れる高周波電流と下部筐体を流れる高周波電流の位相関係を示す側面断面図である。 従来の携帯無線端末のアンテナ部の整合回路図である。

符号の説明

１ 上部筐体
２ 下部筐体
３ 上部筐体前面部
４ 上部筐体背面部
５ 下部筐体前面部
６ 下部筐体背面部
７ 電池
８ 上部筐体回路基板
９ 下部筐体回路基板
１０ 上部筐体回路部
１１ 下部筐体回路部
１２ 第一のアンテナ
１３ 第二のアンテナ
１８ 上下回路部接続部
１９ ヒンジ部
２０ 表示部
２１ アンテナ選択スイッチ
２２ 送受信回路
１２１ 給電端子
１２２ 整合回路
１２３ 位相器
１３０ アンテナ接続スイッチ
１３１ 給電線路
１３２ 整合回路

Claims (6)

1. 第一のアンテナの他に、第一及び第二の筐体の各々に収容された第一及び第二の回路基板を給電線路により接続して第二のアンテナとして使用するようにした携帯無線端末であって、
   前記第一のアンテナが選択状態のときに、前記第二のアンテナを開放状態とするスイッチ手段を含むことを特徴する携帯無線端末。
2. 前記第二のアンテナのための整合回路を含み、前記第二のアンテナの前記給電線路と前記整合回路との間に前記スイッチ手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の携帯無線端末。
3. 前記スイッチ手段は、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ回路からなることを特徴とする請求項１または２記載の携帯無線端末。
4. 前記第一及び第二の筐体は、ヒンジにより互いに回転自在に連結されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の携帯無線端末。
5. 前記第一のアンテナは、メアンダアンテナ、逆Ｌアンテナ、逆Ｆアンテナ、ヘリカルアンテナのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の携帯無線端末。
6. 携帯電話機であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の携帯無線端末。

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