JP2007512789A - 導電性の筐体を備える機器のアンテナ構造 - Google Patents

導電性の筐体を備える機器のアンテナ構造 Download PDF

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Abstract

アンテナ性能を高め、小型かつ効率的なアンテナシステムの設計が可能な固有の金属筐体構造と組み合わせて使用されるマルチバンド素子アンテナ(120)。導電性筐体を有する折り畳み式携帯電話機(100)は、伸張位置と収納位置との間で回動するフリップアップアンテナ(120)を含む。アンテナ(120)は、携帯電話機本体(102)の上部の一端に位置する箇所で回動する。フリップカバー(104)の導電性筐体は、折り畳み式携帯電話機本体(102)に1つの箇所で、またはアンテナRF給電部(122)に対して実質的に反対側である1つの表面で接地される。折り畳み式携帯電話機本体(102)の導電表面は、アンテナRF給電部箇所(122)の近傍の1つの箇所で接地される。この接地構造により、フリップカバー(104)及び本体(102)の導電部分に誘起された電流が制御され、機器のアンテナ(120)の性能が向上する。

Description

本発明は概して無線通信機器の技術分野に関し、特に無線通信機器に組み込む無線アンテナ構造に関する。
携帯電話のような携帯型通信機器は更に小型化し、かつ異なるデザイン形状を用いるようになっている。機能性及び見映えの両方を実現する1つのデザインは折り畳み式携帯電話機(flip−phone)構造である。折り畳み式携帯電話機構造は、閉じ位置または折り畳み位置から開き位置または開放位置に開くカバーを有する。カバーはスピーカまたはマイクロホンを含み、カバーがその開放位置になると、カバーが電話構造の一部として機能し、かつイヤホンまたはマイクロホンが電話本体から離れて使用可能となる。これにより、電話本体をより小さな構造にすることができる。
折り畳み式携帯電話機構造を使用する際に認識される問題は、クラムシェル型(clam shell)携帯電話機のアンテナが金属製筐体の携帯電話機に取り付けられると、アンテナの性能が低下することである。性能低下をもたらすメカニズムとして、金属製の携帯電話機の筐体上で、アンテナによって誘起される電流が挙げられる。この電流はアンテナ電流により生成される放射電界の一部を打ち消す。この問題があるにもかかわらず、金属製の筐体を折り畳み式携帯電話機構造に使用すると幾つかの利点が得られる。金属製の筐体を折り畳み式携帯電話機構造に使用する場合、この放射性能の損失を補うために、通常、アンテナ寸法を大きくする。しかしながら、アンテナ寸法が大きくなると、製品のスタイル及び独創性に悪影響を及ぼす。
従って、上述した従来技術における問題を解決する必要がある。
本発明の好適な実施形態によれば、無線通信機器は、第1端部及び第2端部を有する本体を有する。第2端部は第1端部の実質的に反対側に位置する。無線通信機器は更に、第1端部の領域に位置するRF給電部により駆動されるアンテナを有する。無線通信機器はまた、導電部分を含むフリップカバーを有する。フリップカバーの導電部分は、本体内において実質的に第2端部の領域で電気的に接地に接続される。
本発明の別の態様によれば、無線通信機器は、導電本体部分を有する本体と、本体の表面に位置するアンテナ凹部とを有する。無線通信機器はまた、アンテナ凹部近傍の箇所で本体に物理的に取り付けられるアンテナを有する。アンテナは、アンテナ凹部に収納可能かつアンテナ凹部から伸張可能である。無線通信機器はまた、誘電体基板を有し、誘電体基板は、アンテナがアンテナ凹部に収納される場合及びアンテナがアンテナ凹部から伸張される場合にアンテナの共振周波数が実質的に維持されるように、アンテナ凹部の近傍に取り付けられる。
同様の参照番号が個々の図を通じて、同じ、または機能的に類似する構成要素を指し、かつ以下の詳細な記述と共に本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図は、種々の実施形態を更に例示し、かつ全てが本発明に従う種々の原理及び利点を説明するために用いられる。
要件に応じて本発明の詳細な実施形態を本明細書中に開示する。しかしながら、開示する実施形態は本発明の単なる例示であり、本発明は種々の形態で具体化することができることが理解し得る。従って、本明細書に開示する特定の詳細構造及び詳細機能は本発明を制限するものではなく、単に特許請求の範囲の基礎として、かつ当業者が本発明を実際に他の適した詳細構造においても種々の形態で用い得るように示唆を与える代表的な基礎として解釈される。更に、本明細書において使用する用語及び語句は制限的な意味ではなく、本発明に関する記述を理解し易くするために用いられる。
本明細書において使用する「1つの」という用語は1か、または1よりも大きい数として定義される。本明細書において使用する「複数の」という用語は2か、または2よりも大きい数として定義される。本明細書において使用する「別の」という用語は少なくとも2番目以降として定義される。本明細書において使用する「含む」及び/又は「有する」という用語は「備える」(すなわち広義語)として定義される。
本発明は、好適な実施形態に従って、アンテナ性能を高め、小型かつ効率的なアンテナシステムの設計が可能な固有の金属筐体構造と組み合わせた形でマルチバンド素子アンテナ(multiband element antenna)を提供することにより従来技術における問題を解決する。本発明の例示する実施形態の構造は折り畳み式携帯電話機であり、この携帯電話機は、電話機の表面またはケースを含むとともに、電話機のフリップカバー及び本体の双方の上に導電部分を含む筐体を有する。フリップアップアンテナ(flip up antenna)もまた折り畳み式携帯電話機に組み込まれる。例示する実施形態のフリップアップアンテナは伸張位置と収納位置との間で回動する。フリップアップアンテナは、アンテナのRF給電部(RF feed)ともなるアンテナピボット部(antenna pivot point)を中心に回転する。アンテナピボット部は携帯電話機本体の上部の一端に設けられている。例示する実施形態のフリップカバーの導電表面部分は実質的に電話機本体の一箇所で接地され、この箇所はアンテナRF給電部の搭載部分を有する端部に対して実質的に反対側である本体の上端部に位置する。導電性バッテリカバー、フレーム、少なくとも一つのシールド、バッテリ、及び、少なくとも一つのバッテリ端子のような折り畳み式携帯電話機本体の導電表面は一箇所で接地され、この箇所は実質的にアンテナRF給電部の箇所の近傍に位置する。フリップカバー及び本体の導電表面のこの接地構造により、フリップカバー及び本体の導電部分に誘起された電流を有利な形で制御することができ、機器のアンテナ性能を向上させることが分かっている。
図1を参照すると、本発明の例示する実施形態によるフリップアップアンテナ120を組み込んだ、カバー104が開いた状態の折り畳み式携帯電話機100の等角図が示されている。例示する折り畳み式携帯電話機100は従来の折り畳み式電話機と外観が類似し、本体102及びフリップカバー104を含む。フリップカバー104は、本体102にフリップカバー回動軸によって取り付けられ、このフリップカバー回動軸は第1ピボット部124及び第2ピボット部126から成る。本体102は本体前面130を有し、この本体前面は従来の携帯電話機のキーパッド110、マイクロホン114、及びメインディスプレイ112のような部品を搭載するために設けられる。例示する実施形態の本体前面130は、これらの部品を支持する導電金属部分を含む。例示する折り畳み式携帯電話機100のフリップカバー104はイヤホン116及び折り畳みディスプレイ118を含む。イヤホン116をフリップカバー104上に配置することによりイヤホン116及びマイクロホン114が適切な物理的関係になって電話機での会話が可能になる。折り畳みディスプレイ118は、図示のようにフリップカバー104の内側に配置することができる。または折り畳みディスプレイ118はフリップカバー104の反対側に配置して、フリップカバー104が閉じたときに折り畳みディスプレイ118を眺めることができるようにすることができる。フリップカバー104はまた、フリップカバー電子部品(図示せず)を含むことができ、これらの電子部品は折り畳みディスプレイ118を動作させ、従来の折り畳み式携帯電話機において行われる他の処理を実行する。例示する実施形態のフリップカバー電子部品にはフリップカバー電力給電部(flip cover power feed)を介して電力が供給され、このフリップカバー電力給電部はフリップアップアンテナ120を搭載する端部と反対側の端部で本体102内部の電源に接続されている。
例示する実施形態のフリップカバー104は導電背面106も含む。例示する実施形態の導電背面106はフリップカバーの導電部分を備え、この導電部分は、フリップカバー104が閉じるとフリップカバーの内側部分を覆う。本発明の実施形態はフリップカバーを含み、このフリップカバーは導電カバー104を有していてもよいし、又は、有していなくてもよい。更にこのフリップカバーは、フレーム、回路基板、電気端子、及び全体が導電表面に覆われたフリップカバー104のうちの一つ又は複数のような他の導電部分を有する。
例示する折り畳み式携帯電話機100はフリップアップアンテナ120を含み、このフリップアップアンテナ120は本体102に取り付けられ、かつアンテナ回動軸122によって装着される。アンテナ120はアンテナ回動軸122を中心に回動するのでアンテナ120は伸張位置(図1には示さず)と収納位置との間で以下に記載及び図示するように移動することができる。例示する実施形態の本体102は更に、導電バッテリカバー108を有し、この導電バッテリカバー108は、例示する実施形態の本体102の背面を覆う導電表面を形成する。
以下に記載するように、導電背面106のような例示する実施形態のフリップカバー104の導電部分は、本体102の電源に、第2ピボット126の一部である接地接続箇所を通して電気的に接地される。例示する実施形態の第1ピボット124は非導電性とすることができ、かつフリップカバー104及び本体102のいずれの部分にも電気的に接続されない。
本発明の好適な実施形態による、カバー104が閉じ、かつアンテナ120が収納位置にある閉じ状態の折り畳み式携帯電話機200の等角図を図2に示す。同図は、フリップカバー104が第1ピボット部124及び第2ピボット部126からなるフリップカバー回動軸の周りに回動して本体102の前面を覆うように閉じた様子の閉じ状態の折り畳み式携帯電話機200を示している。閉じ状態の折り畳み式携帯電話機200はまた、そのアンテナ120を以下に詳細に記載するアンテナ凹部202に収容している。
本発明の好適な実施形態による、背面カバー108を取り外した状態の折り畳み式携帯電話機100の背面図300を図3に示す。折り畳み式携帯電話機100の本体は無線周波数プリント回路(RF−PC)基板306を含み、この基板306はRFサポート回路310を含み、この回路310を使用してRF信号を生成及び処理し、送信及び受信動作を行なう。RFサポート回路はRF給電部312を含み、このRF給電部312はアンテナ120をアンテナ回動軸122を介してRFサポート回路310に電気的に接続する。RF給電部312は受信信号、及びRFサポート回路310とアンテナ120との間で送信される信号の両方を電気的に通過させる。RFエネルギーはRF給電部312からアンテナ回動軸122を介してアンテナ120に送られるが、これについては以下に更に詳細に記載する。尚、RF給電部312及びRF給電部312のアンテナ120との接続部分は、本体102の第1端部に沿って、すなわち第1ピボット部124の近傍である本体102の端部に設けられることが好ましい。
例示する実施形態のRF−PC基板306は更に、本体ケース接地箇所314を有する。本体ケース接地箇所314は、バッテリカバー108及び本体前面130のような本体102の導電部分と、折り畳み式携帯電話機100の電気回路との間で電気グランド接続部を形成するのに使用される箇所とすることができる。尚、例示する実施形態の本体ケース接地箇所314は本体102の第1端部の近傍、すなわちアンテナ給電部312及び第1ピボット部124の近傍に設けられる。ケース接地箇所の位置及び数は機器の動作周波数帯及びフォームファクタ(form factor)に基づいて調整することができる。一般的に、ケース接地箇所はアンテナ120及びRF給電部312の近傍において電話機領域の最適な位置に設けられる。
RF−PC基板306は更に、フリップケースグランド接続部316を有し、このグランド接続部316は例示する実施形態の第2ピボット部126に接続される。尚、フリップケースグランド接続部は、本体102の第2端部、すなわち本体102の上部に沿った端部であって、実質的に第1端部と反対側の端部、すなわち第1ピボット部124が設けられた端部と反対側の端部に設けられている。例示する実施形態のフリップケースグランド接続部316は、ケース、及びフリップカバー104内部に含まれる電気部品のグランド接続部とすることができる。本発明の種々の実施形態においては、導体でないか、またはフリップカバー104の導電部分と電気的に接続されることがない複数のピボット部を利用する。他の実施形態では、導電ケーブルを使用してフリップカバー104内部の導電部分及び/又は回路をフリップケースグランド接続部316に接続する。第1ピボット部124及び第2ピボット部126のような導電性のピボット部を使用する本発明の実施形態では、第2ピボット部の接続部または本体102の第2端部近傍の接続部を除いた本体102内部のグランド接続部からフリップカバー104を電気的に分離する設計上の特徴を取り入れる。このような実施形態は、例えば第1ピボット部124をフリップカバー104から分離する絶縁体を有するか、または絶縁空間を第1ピボット部124内部に取り入れる。
例示する実施形態のアンテナ120はアンテナ回動軸122を中心に回動し、そしてアンテナ凹部202に収納される。動作状態では、本体102の導電部分及び折り畳み式携帯電話機100の他の導電素子によって、アンテナ120の共振周波数特性に変化が生じる。この変化を補償するために、例示する実施形態のアンテナ凹部202は誘電性負荷304をアンテナ凹部202の底部に有する。誘電性負荷304は、アンテナ120が収納位置にある場合のアンテナ120の共振特性を変化させることにより、アンテナ120が伸張位置にある場合の共振特性と同じになるようにする。誘電性負荷304及びアンテナ120自体のいずれか、またはその両方に使用される誘電体材料の誘電率及び厚さなどの誘電性負荷304のパラメータを調整することにより、アンテナ120は、その伸張位置及び収納位置で同様な放射特性を示すようになる。
本発明の例示する実施形態による例示する折り畳み式携帯電話機100に使用されるフリップアップアンテナ120の断面図を図4に示す。フリップアップアンテナ120は、例示する実施形態のアンテナ回動軸122を介してアンテナ給電部312に電気的に接続される。例示する実施形態のフリップアップアンテナ120は、S字蛇行状導体402を備える誘電体基板406を組み込む。フリップアップアンテナ120は素子402をプラスチックオーバーモールド404で密封することにより、フリップアップアンテナ120に剛性を付与してアンテナの強度を上げる。
例示する実施形態のアンテナ120は、本明細書に記載するように、効果的となり得る蛇行状導体アンテナの例である。当業者には理解できることであるが、多種多様なアンテナを同じようにして、本発明の更に別の実施形態に組み込むことができる。また、当業者であれば、多種多様な装着及び/又は回動手段を使用して、伸張位置と収納位置との間でのアンテナ120の移動を可能にすることができることが理解し得る。例えば、本発明の実施形態では、スライド式アンテナ構造及び/又は伸縮式アンテナ構造を使用する。
例示する実施形態のアンテナ素子402のS字蛇行状導体構造は、無線用マルチバンドにおける効率的な放射を実現するコンパクトな構造となる。フリップアップアンテナ120の周波数応答は、アンテナの伸張位置と収納位置の両方から分かるように、蛇行状導体の長さ、複数の蛇行状導体の間の隙間、及びアンテナ素子402の蛇行繰り返し数を調整することにより調整することができる。又、アンテナ素子402の誘電体基板を調整して例えば誘電率及び/又は厚さを変えることにより、アンテナ120の放射特性を変更することができる。
本発明の例示する実施形態による携帯電話機の模式図500を図5に示す。模式図には、通信トランシーバ502、無線LAN(WLAN)トランシーバ504、及びGPS受信機に電気的に接続されるアンテナ120が示される。これらのトランシーバ及び受信機はそれぞれ、異なる無線周波数帯で動作するので、アンテナ120はこれらの周波数帯の全てにおいて効率的に動作する必要がある。アンテナ120の蛇行状導体構造によって、上記したように、このマルチバンド動作が有利な形で可能になり、かつ例示する実施形態の複数のトランシーバ及び受信機が上記したように1本のアンテナで動作することができる。
通信トランシーバ502及びWLANトランシーバ504は音声プロセッサ508に接続される。音声プロセッサ508は、通信トランシーバ502及び/又はWLANインターフェース504が提供する無線インターフェースを介して音声通信を行なうために必要な処理を実行する。音声プロセッサは、マイクロホン114及びイヤホン116のような携帯電話機のアナログサウンドインターフェースを使用して、音声インターフェースを携帯電話機ユーザに提供する。
例示する実施形態の携帯電話機は、音声情報をデジタルフォーマットで送受信する無線プロトコルを使用する。通信トランシーバ502はデジタル携帯電話用データフォーマットを使用し、そしてWLANトランシーバは、インターネットプロトコル(IP)に準拠する無線データフォーマットを使用する。音声プロセッサ508は、通信プロセッサ502が用いる無線での携帯電話プロトコルに従って、またはWLANトランシーバ504が使用するボイスオーバーIP(VOIP)プロトコルに従ってデジタル音声データを処理する。
例示する実施形態のデータプロセッサ510は携帯電話機内部の部品の制御だけでなく、通信トランシーバ502またはWLANトランシーバ504を介して送受信されるユーザデータの処理も行なう。ユーザデータはディスプレイ12に表示される情報及びユーザがキーパッド110を通して入力するデータを含む。
本発明の例示する実施形態によって、無線通信機器が、導電性の金属筐体を備える折り畳み式携帯電話機の形で好適に提供される。この金属筐体は、折り畳み式携帯電話機のカバー及び本体の導電性シェルを含む。本体に流れる接地電流をアンテナ給電部の箇所近傍の箇所に集め、かつ、フリップカバーと本体との間に流れる接地電流を本体においてアンテナ給電部の箇所とは反対側の箇所に集めるように作用する筐体の接地構造によって、これまでの構造よりも物理的に小さいアンテナをこの金属筐体に使用することができるようになる。例示する実施形態によって、更に、誘電性負荷がアンテナ凹部の内部に設けられる。この誘電性負荷は、アンテナがアンテナ凹部に収納されるときにアンテナが動作する種々の電気的環境を補償するように作用する。この誘電性負荷は、アンテナが凹部に収納されるときのアンテナのマルチバンド特性を向上させるように作用するので、アンテナがこのように収納されたときの通信性能を向上させることができる。
本発明の特定の実施形態について開示したが、当業者であれば、これらの特定の実施形態に、本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱しない範囲において変更を加え得ることが理解し得る。従って、本発明の技術範囲はこれらの特定の実施形態に制限されるべきではなく、かつ添付の特許請求の範囲は、適用形態、変形、及び実施形態のいずれをも、及びこのような適用形態、変形、及び実施形態の全てを本発明の技術範囲の内部に含むものである。
本発明の好適な実施形態によるフリップアップアンテナを組み込んだ、カバーが開いた状態の折り畳み式携帯電話機の等角図である。 本発明の好適な実施形態による、カバーが閉じた状態の、図1に示す折り畳み式携帯電話機の等角図である。 本発明の好適な実施形態による、背面カバーを取り外した状態の、図1に示す折り畳み式携帯電話機の背面図である。 本発明の好適な実施形態による、図1に示す携帯電話機に使用されるフリップアップアンテナの断面図である。 本発明の例示する実施形態による無線通信機器を示すブロック図である。

Claims (14)

  1. 第1端部と、該第1端部の実質的に反対側に位置する第2端部とを有する本体と、
    前記第1端部の領域に位置するRF給電部により駆動されるアンテナと、
    導電部分を含むフリップカバーと、
    を備え、
    前記導電部分が、前記本体内において、実質的に前記第2端部の領域で電気的に接地に接続される、無線通信機器。
  2. 請求項1記載の無線通信機器は更に、前記本体の少なくとも一部分を覆う導電本体部分を備え、
    前記導電本体部分は、実質的に前記第1端部の領域で電気的に接地に接続される、無線通信機器。
  3. 請求項1記載の無線通信機器において、
    前記本体は更に、RF−PC基板を含み、
    前記RF−PC基板からの接地電流は、実質的に前記第1端部の領域で接地に流れる、無線通信機器。
  4. 請求項1記載の無線通信機器において、
    前記本体は更に、フレーム、少なくとも一つのシールド、バッテリ、少なくとも一つのバッテリ端子、バッテリカバー、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み、
    前記フレーム、前記少なくとも一つのシールド、前記バッテリ、前記少なくとも一つのバッテリ端子、前記バッテリカバー、及びこれらの前記組み合わせの少なくとも一つは、前記第1端部の領域で電気的に接地に接続される、無線通信機器。
  5. 請求項1記載の無線通信機器において、
    前記フリップカバーはフリップカバー電子回路を含む、無線通信機器。
  6. 請求項5記載の無線通信機器は更に、前記フリップカバー電子回路に電力を供給するフリップカバー電力給電部を備え、
    前記フリップカバー電力給電部は、前記第2端部の近傍において前記本体内の電源に電気的に接続される、無線通信機器。
  7. 導電本体部分を含む本体と、
    前記本体の表面に位置するアンテナ凹部と、
    前記アンテナ凹部近傍の箇所で前記本体に物理的に取り付けられるアンテナであって、前記アンテナ凹部に収納可能かつ前記アンテナ凹部から伸張可能な前記アンテナと、
    前記アンテナが前記アンテナ凹部に収納される場合、及び前記アンテナが前記アンテナ凹部から伸張される場合に前記アンテナの共振周波数が実質的に維持されるように、前記アンテナ凹部の近傍に取り付けられる誘電体基板と、
    を備える、無線通信機器。
  8. 請求項7記載の無線通信機器において、
    前記本体は第1端部と該第1端部の実質的に反対側に位置する第2端部とを有し、
    前記アンテナは前記第1端部の領域に位置するRF給電部により駆動され、
    前記無線通信機器は更に、
    導電部分を含むフリップカバーであって、該導電部分が、前記本体内において実質的に前記第2端部の領域で電気的に接地に接続される前記フリッパカバーを備える、無線通信機器。
  9. 請求項8記載の無線通信機器において、
    前記導電本体部分は、前記本体内において実質的に前記第1端部の領域で電気的に接地に接続される、無線通信機器。
  10. 請求項8記載の無線通信機器において、
    前記本体は更に、RF−PC基板を含み、
    前記RF−PC基板からの接地電流は、実質的に前記第1端部の領域で接地に流れる、無線通信機器。
  11. 請求項8記載の無線通信機器において、
    前記本体は更に、フレーム、少なくとも一つのシールド、バッテリ、少なくとも一つのバッテリ端子、バッテリカバー、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み、
    前記フレーム、前記少なくとも一つのシールド、前記バッテリ、前記少なくとも一つのバッテリ端子、前記バッテリカバー、及びこれらの前記組み合わせの少なくとも一つは、前記第1端部の領域で接地に接続される、無線通信機器。
  12. 請求項8記載の無線通信機器において、
    前記フリップカバーはフリップカバー電子回路を含む、無線通信機器。
  13. 請求項12記載の無線通信機器は更に、前記フリップカバー電子回路に電力を供給するフリップカバー電力給電部を備え、
    前記フリップカバー電力給電部は、前記第2端部の近傍において前記本体内の電源に電気的に接続される、無線通信機器。
  14. 導電本体部分を含む本体であって、該本体が第1端部及び該第1端部の実質的に反対側に位置する第2端部を有し、更にアンテナが第1端部の領域に位置するRF給電部により駆動される構成の本体と、
    前記本体の表面に位置するアンテナ凹部と、
    前記アンテナ凹部近傍の箇所で前記本体に物理的に取り付けられるアンテナであって、前記第1端部の領域に位置するRF給電部により駆動され、前記アンテナ凹部に収納可能かつ前記アンテナ凹部から伸張可能な前記アンテナと、
    前記アンテナが前記アンテナ凹部に収納される場合、及び前記アンテナが前記アンテナ凹部から伸張される場合に前記アンテナの共振周波数が実質的に維持されるように、前記アンテナ凹部の近傍に取り付けられる誘電体基板と、
    導電部分を含むフリップカバーであって、該導電部分が前記本体内において実質的に前記第2端部の領域で電気的に接地に接続される前記フリップカバーと、
    を備える、無線通信機器。
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