JP2008011377A - 携帯型無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化や薄型化に障害とならない内蔵アンテナを備えた携帯型無線装置を得る。
【解決手段】携帯型無線装置としての携帯電話機１０は、電池収容部１６に電池パック１７を収容し、その上を電池カバー１８で覆うようになっている。電池パック１７における電池カバー１８と対向する面には誘電体層２１を介してマイクロストリップ平面アレーアンテナを構成する給電素子２２が形成されており、収容状態で送受信回路（図示せず）と接続される。電池カバー１８における給電素子２２と対向する部位には、無給電素子２３が埋設されている。このため、場所をとらず、マルチバンドに適する広帯域で高感度のアンテナを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機、携帯型テレビジョン受信機等の無線を使用する携帯型無線装置に係わり、特に給電素子と無給電素子から構成されるアンテナを備えた携行可能な携帯型無線装置に関する。

携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、あるいは携帯型のテレビジョン受信機等の携行可能な携帯型無線装置によって、個人が任意の場所で通信を行ったり、テレビジョン番組等の各種の情報に接することができる。このため、携帯型無線装置が広く普及している。各メーカはユーザに支持される携帯型無線装置の開発に注力しており、高機能化や低価格化だけでなく、デザインもユーザの支持を得る重要な要素となっている。

携帯型無線装置は電波を受信したり送信する機能を持っているので、アンテナが必須のデバイスとなっている。アンテナは、従来では携帯型無線装置の本体から突出した形で配置されるのが通常であったが、これでは装置のデザインが大きく制限されることになる。そこで、外部に突出していたアンテナを内蔵アンテナとすることで、装置の設計の自由度を増すと共に、多様なデザインを可能にすることが試みられている。

この試みの１つとして、折り畳み型の携帯電話機のヒンジによって回転する一方の筐体の内部に給電素子を配置し、その筐体の表面側と裏面側にそれぞれ平板状の無給電素子を配置することが提案されている（たとえば特許文献１参照）。この第１の提案では、一方の無給電素子を反射器として動作させ、他方の無給電素子を導波器として動作させることによって、所望の放射指向性を持たせるようにしている。

一方、フレキシブルプリント基板上に給電素子と無給電素子を間隔を置いて配置した構成のアンテナが第２の提案として提案されている（たとえば特許文献２参照）。この第２の提案のアンテナは、使用に際して円柱状等の柱状の誘電体からなるアンテナ本体に巻きつけて、給電素子と無給電素子が対向するように配置して使用している。
特開２００５−３１８５６６号公報（第００１６段落、図１） 特開平０５−３４７５０７号公報（第００１１、第００２６〜第００２７段落、図１、図８）

このうち、第１の提案では、ディスプレイあるいは各種操作キーが配置される一方の筐体の表面に、反射器を構成する一方の無給電素子を配置することになっている。このため、第１の提案では、ディスプレイあるいは各種操作キーの配置場所が、筐体の表面で無給電素子の配置される場所以外の場所に限定されることになる。しかしながら、この第１の提案でも、ディスプレイや各種操作キーの配置面積を従来よりも大きく狭めることはできない。そこで、平板状の無給電素子や給電素子は、ディスプレイあるいは各種操作キーの近傍の表面部分の限定的なスペースに配置せざるを得ず、アンテナとしての特性を十分発揮させることができないという問題があった。すなわち、周波数特性が狭く、利得が低いアンテナしか実現することができないので、高速度の通信に対応したり、マルチバンドに十分対応させることが困難であった。

一方、第２の提案では、給電素子と無給電素子を配置したフレキシブルプリント基板自体はコンパクトなものとなる。しかしながらこれをアンテナ本体の外周面に筒状に取り付けると、かなりの容積を占めることになった。携帯電話機等の携行可能な携帯型無線装置は、小型化と共に筐体自体が薄型化している場合が多い。したがって、アンテナ本体に給電素子と無給電素子を配置したアンテナを内蔵アンテナとして使用すると、その厚さのために携帯型無線装置の小型化や薄型化を達成することができないという問題があった。

更に、第２の提案のアンテナはその放射特性を保つために、一定の体積と面積を占める必要があり、それ自体の容積が大きくなる。このため、第２の提案によれば、筐体内部に配置されていた既存の部品の体積や面積あるいは部品点数を削減する必要があり、携帯型無線装置の多機能化の下で、その実現が困難であった。

これらアンテナについての問題が未解決な状況で、ＧＳＭ（Global System for Mobile）とＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）の双方に適用できるデュアル携帯機器や、国際ローミングの必要性が高まっている。また、ＷＬＡＮ（Wireless Local-Area Network）、ブルーツース（bluetooth）等の各種の通信方式が共存する通信環境の下で、携帯型無線装置をマルチバンドに対応させる必要性も高まっている。

このような通信環境と外観のデザインに対する要望から、携帯型無線装置に内蔵されるアンテナに関して、小型、薄型、広帯域、高利得あるいはマルチバンド通信への対応が要求されている。

そこで本発明の目的は、装置の小型化や薄型化に障害とならない内蔵アンテナを備えた携帯型無線装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、（イ）装置本体と、（ロ）この装置本体に対して着脱自在に配置され、平面アレーアンテナを構成する給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、（ハ）この着脱部品を装置本体に収容した状態で給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を組み込んだカバーとを携帯型無線装置に具備させる。

すなわち本発明では、装置本体に対して着脱自在に配置された電池パック、シム（ＳＩＭ：Subscriber Identify Module）カード、メモリカード、通信カード、小型のハードディスク等の着脱部品の一つの面に平面アレーアンテナを構成する給電素子を配置するようにしている。また、この着脱部品を装置本体に収容した状態で給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を、カバーの一部として組み込んでいる。これにより、携帯型無線装置に着脱自在に配置される着脱部品やそのカバーに変更を加えるだけで平面アレーアンテナを実現することができ、装置の小型化や薄型化に障害とならない。

請求項２記載の発明では、（イ）装置本体と、（ロ）この装置本体に対して着脱自在に配置され、平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、（ハ）この着脱部品を装置本体に収容した状態で無給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナを構成する給電素子を組み込んだカバーとを携帯型無線装置に具備させる。

すなわち本発明では、装置本体に対して着脱自在に配置された電池パック、シムカード、メモリカード、通信カード等の着脱部品の一つの面に、平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を配置するようにしている。また、この着脱部品を装置本体に収容した状態で無給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナを構成する給電素子を、カバーの一部として組み込んでいる。これにより、携帯型無線装置に着脱自在に配置される着脱部品やそのカバーに変更を加えるだけで平面アレーアンテナを実現することができ、装置の小型化や薄型化に障害とならない。

請求項３記載の発明では、（イ）平面アレーアンテナを構成する給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、（ロ）この着脱部品を着脱自在に収容する収容部と、この収容部に着脱部品が収容されたとき給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を配置した装置本体とを携帯型無線装置に具備させる。

すなわち本発明では、平面アレーアンテナを構成する給電素子を一つの面に配置した電池パック、シムカード、メモリカード、通信カード等の着脱部品を、携帯型無線装置の装置本体の収容部に着脱自在に収容するようにしている。収容部には、この着脱部品が収容されたとき給電素子と対向する位置に、平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を配置している。したがって、装置本体の収容部に着脱部品を収容すると、平面アレーアンテナを構成する給電素子と、この平面アレーアンテナに装荷する無給電素子が対向配置されることになって、平面アレーアンテナを実現することができる。すなわち、携帯型無線装置に着脱自在に配置される着脱部品や装置本体の収容部近傍に変更を加えるだけで平面アレーアンテナを実現することができ、装置の小型化や薄型化に障害とならない。

請求項４記載の発明では、（イ）平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、（ロ）この着脱部品を着脱自在に収容する収容部と、この収容部に着脱部品が収容されたとき無給電素子と対向する位置に平面アレーアンテナを構成する給電素子を配置した装置本体とを携帯型無線装置に具備させる。

すなわち本発明では、平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を一つの面に配置した電池パック、シムカード、メモリカード、通信カード等の着脱部品を、携帯型無線装置の装置本体の収容部に着脱自在に収容するようにしている。収容部には、この着脱部品が収容されたとき無給電素子と対向する位置に、平面アレーアンテナを構成する給電素子を配置している。したがって、装置本体の収容部に着脱部品を収容すると、平面アレーアンテナを構成する給電素子と、この平面アレーアンテナに装荷する無給電素子が対向配置されることになって、平面アレーアンテナを実現することができる。すなわち、携帯型無線装置に着脱自在に配置される着脱部品や装置本体の収容部近傍に変更を加えるだけで平面アレーアンテナを実現することができ、装置の小型化や薄型化に障害とならない。

以上説明したように本発明によれば、装置本体に対して着脱する着脱部品とその着脱部品が装置本体に収容されたときのカバーあるいは収容部位の近傍の装置本体部分を利用して、平面アレーアンテナを構成する給電素子とこの平面アレーアンテナに装荷する無給電素子をそれぞれ配置することにしたので、他の部品の配置に影響を与えることなく内蔵アンテナを携帯型無線装置に組み込むことができる。したがって、ＷＬＡＮ、ブルーツース等の各種の通信方式が共存する通信環境の下で、携帯型無線装置をマルチバンドに容易に対応させることができる。

また、本発明によれば、携帯型無線装置の小型化に障害を与えることがなく、設計の自由度も確保することができる。しかも、アンテナ部分が簡素化して電気部品の点数を削減することができるので、携帯型無線装置の生産工程の簡易化、効率化による製造コストの削減が可能になる。しかも本発明では、平面アレーアンテナの給電素子に対向する位置に無給電素子を配置することにしたので、平面アンテナの広帯域化、高利得化を実現することができる。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例における携帯型無線装置としての携帯電話機を側面から見たものである。この携帯電話機１０はヒンジ機構１１を中心として第１の筐体１２と第２の筐体１３が折り畳まれる構造となっている。第１の筐体１２の図で右側の面１４には図示しないが液晶ディスプレイや、スピーカおよびマイクロフォンが配置されており、第２の筐体１３の図で右側の面１５には図示しないがテンキー等の各種操作用のキースイッチが配置されている。

この第２の筐体１３には、面１５と反対側に破線で示した直方体状の窪みからなる電池収容部１６が形成されており、ここに蒲鉾板状の電池パック１７が挿入され、その上を電池カバー１８が覆うようになっている。電池パック１７における電池カバー１８と対向する面の全体には、誘電体層２１が形成されており、その上にはマイクロストリップ平面アレーアンテナを構成する給電素子２２が形成されている。また、電池カバー１８の内部で平面状の給電素子２２と対向する位置には、平板状の無給電素子２３が埋設されている。

図２は、無給電素子を埋設した電池カバーの断面構造を表わしたものである。電池カバー１８は、絶縁性の板状の樹脂で構成されており、その内部には、図１に示した給電素子２２がカバー面と平行になるように埋設されている。

図３は、電池カバーとその下に配置された電池パックの配置関係を示したものである。電池パック１７は、通常の携帯電話機に使用される直方体状のものと同一の電池パック本体３１を備えている。電池パック本体３１における電池カバー１８と対向する平坦な面上に形成された誘電体層２１には、給電素子２２が形成されている。また、誘電体層２１における電池パック本体３１側の面は図示しないが導体層を形成しており、電池パック１７の側壁に形成した接地（ＧＮＤ）端子３２に接続されている。誘電体層２１上に形成された給電素子２２は、電池パック１７の側壁に形成したアンテナ給電点としての給電端子３３に接続されている。

電池パック本体３１を図１に示した電池収容部１６に収容すると、図示しないその裏面等の所定箇所に配置された電極端子が図１に示した第２の筐体１３の電池収容部１６に形成された図示しない端子と接続して、携帯電話機１０に電源が供給されるようになっている。電池収容部１６には、その側壁に、図示しないがアンテナ給電端子および接地端子が形成されており、電池パック本体３１の図示しない送受信回路と接地ラインにそれぞれ電気的に接続するようになっている。

電池カバー１８に埋設された無給電素子２３は、携帯電話機１０の本体側と電気的に接触していないが、給電素子２２と所定の間隔を置いて配置されることで、給電素子２２と同様のＴＭ（Transverse Magnetic）モードで励振する。この結果、複共振効果によって、周波数特性が広帯域になる。また、給電素子２２と無給電素子２３の間の空間に、伝播方向に伝播する電界の定在波が生じることで、開放型の共振器が構成される。この共振器にエネルギーが蓄積されることにより、マイクロストリップ平面アレーアンテナの利得が向上する。

したがって、電池パック１７を電池収容部１６に収容し、その上から電池カバー１８で固定したとき、これに埋設された無給電素子２３と給電素子２２の間隔は、所望の帯域特性あるいは利得特性を有するような値となるように設定することが必要である。無給電素子２３を埋設した電池カバー１８は、この間隔を確保するために、その厚さを設定したり、必要に応じて凹凸を形成してもよい。

このように本実施例では、電池パック１７の収納箇所を利用して、電池パック本体３１にアンテナの給電素子２２を一体化したものを収容し、更に無給電素子２３を電池カバー１８内に埋設した。このため、装置内部の回路部品の配置に影響を与えず、また、装置を従来とほぼ同じサイズに保って、内蔵アンテナを収容することができる。また、筐体内に内蔵アンテナ用の専用の収容部分を新たに設ける必要がないため、筐体内部の他の部品設計の自由度を高めることができ、これにより携帯電話機の小型化を図ることもできる。しかも、アンテナ部分の簡素化を図ることができるので、電気部品の点数を削減することができ、携帯電話機１０の生産工程の簡易化や、効率化による製造コストの削減を図ることができる。

また、本実施例では平面アレーアンテナを構成する給電素子２２に無給電素子２３を装荷することにしたので、複共振効果を用いて平面アレーアンテナ装置の広帯域と高利得を実現し、無給電素子を有する高性能なマルチバンド平面アンテナ装置を構成することができる。また、無線通信機器のアプリケーションの多様化に応じて、本実施例の平面アレーアンテナをメインアンテナとて使用する場だけでなく、装置内に従来と同様の内蔵アンテナを備え、平面アレーアンテナをサブアンテナとして使用することも可能である。

＜発明の第１の変形例＞

図４は、本発明の第１の変形例における携帯型無線装置としての携帯電話機の外観の概要を表わしたものである。この携帯電話機４０は、装置本体４１の電池パック収容スロット４２に電池パック４３を挿脱自在に収容できるようになっている。電池パック４３は、その一方の面（図では上面）が周辺部を除いてわずかに低くなっており、この低くなった平面状の領域に、図示しない誘電体層を介して、先の実施例で示したマイクロストリップ平面アレーアンテナを構成する給電素子２２が形成されている。装置本体４１の電池パック収容スロット４２に電池パック４３が収容されたとしたときの給電素子２２と対向する位置の筐体部分には、平板状の無給電素子２３が埋設あるいは接着されている。

このような第１の変形例による携帯電話機４０では、電池パック４３を電池パック収容スロット４２に挿入すると、給電素子２２が装置本体４１側の図示しない送受信回路と接続され、アンテナとして機能する。しかも、給電素子２２に対向する位置には、所定の間隔を置いて無給電素子２３が配置されているので、実施例と同様に無給電素子２３は給電素子２２と同様のＴＭモードで励振する。この結果、複共振効果によって、周波数特性が広帯域になると共に、マイクロストリップ平面アレーアンテナの利得が向上する。

＜発明の第２の変形例＞

図５は、本発明の第２の変形例における携帯型無線装置としての携帯電話機の外観の要部を表わしたものである。この携帯電話機４０Ａは、装置本体４１Ａの電池パック収容スロット４２に電池パック４３Ａを着脱自在に収容できるようになっている点で、第１の変形例の携帯電話機４０と同一である。第２の変形例の携帯電話機４０Ａでは電池パック４３Ａ側にマイクロストリップ平面アレーアンテナを構成する無給電素子２３を配置しており、装置本体４１Ａ側に給電素子２２を配置している。給電素子２２は装置本体４１Ａ側の図示しない送受信回路と接続されており、アンテナとして機能する。

このような第２の変形例による携帯電話機４０Ａでは、電池パック４３Ａを電池パック収容スロット４２に挿入すると、給電素子２２に対向する位置に無給電素子２３が配置されることになり、実施例と同様に無給電素子２３は給電素子２２と同様のＴＭモードで励振する。この結果、複共振効果によって、周波数特性が広帯域になると共に、マイクロストリップ平面アレーアンテナの利得が向上する。

＜発明の変形可能性＞

以上説明した実施例では、電池パック本体３１に一体化するアンテナの給電素子２２および電池カバー１８に埋設する無給電素子２３は１種類であることを前提として説明したが、これに限るものではない。すなわち、給電素子２２および無給電素子２３からなる平面アレーアンテナを特性を異にして複数用意しておき、ユーザは使用目的に応じて電池パック１７および電池カバー１８を選択することで、所望の特性のアンテナを使用できるようにすることも可能である。

なお、変形例の場合も同様に電池パックを複数用意しておくことが可能である。また、実施例の電池カバー１８は携帯電話機１０で広い面積を占めるのが通常なので、１つの電池パックを用いて、異なる通信周波数に応じて無給電素子を装荷した平面アレーアンテナを設け、複数の特性の平面アレーアンテナを構成することができ、マルチバンド化に容易に対応させることができる。

また、実施例および変形例では携帯電話機に本発明を適用した場合を示したが、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、小型のパーソナルコンピュータのように内蔵電池を使用して無線通信を行うことのできるすべての携帯型無線装置に本発明を適用することができる。

また、実施例では電池カバー１８側に無給電素子２３を配置したが、第２の変形例と同様に給電素子２２と無給電素子２３を入れ替えて配置することも可能である。

更に実施例および変形例では、電池パックとその対応する部位に平面アレーアンテナを組み込む場合を説明したが、これに限るものではない。たとえば、電話番号等の所定の情報が書き込まれたシムカード、各種データあるいはプログラムを保存するために追加するメモリカード、通信のための回路部分をカード化した通信カード、あるいは増設用の磁気ディスクのように装置本体に着脱自在の部品とこの部品が収容された場合のアンテナ構成素子と対向する位置に他方のアンテナ構成素子を配置することも、装置に本来的に用意された着脱部品用の空間をアンテナに活用する点で共通しており、本発明の範囲に含まれることは当然である。

本発明の一実施例における携帯型無線装置としての携帯電話機の側面図である。 本実施例の無給電素子を埋設した電池カバーの断面図である。 本実施例で電池カバーとその下に配置された電池パックの配置関係を示した要部斜視図である。 本発明の第１の変形例における携帯型無線装置としての携帯電話機の概略を示す斜視図である。 本発明の第２の変形例における携帯型無線装置としての携帯電話機の概略を示す斜視図である。

符号の説明

１０、４０、４０Ａ 携帯電話機
１３ 第２の筐体
１６ 電池収容部
１７、４３、４３Ａ 電池パック
１８ 電池カバー
２１ 誘電体層
２２ 給電素子
２３ 無給電素子
４１、４１Ａ 装置本体
４２ 電池パック収容スロット

Claims (8)

1. 装置本体と、
   この装置本体に対して着脱自在に配置され、平面アレーアンテナを構成する給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、
   この着脱部品を装置本体に収容した状態で前記給電素子と対向する位置に前記平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を組み込んだカバー
   とを具備することを特徴とする携帯型無線装置。
2. 装置本体と、
   この装置本体に対して着脱自在に配置され、平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、
   この着脱部品を装置本体に収容した状態で前記無給電素子と対向する位置に前記平面アレーアンテナを構成する給電素子を組み込んだカバー
   とを具備することを特徴とする携帯型無線装置。
3. 平面アレーアンテナを構成する給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、
   この着脱部品を着脱自在に収容する収容部と、この収容部に前記着脱部品が収容されたとき前記給電素子と対向する位置に前記平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を配置した装置本体
   とを具備することを特徴とする携帯型無線装置。
4. 平面アレーアンテナに装荷する無給電素子を一つの面に配置した着脱部品と、
   この着脱部品を着脱自在に収容する収容部と、この収容部に前記着脱部品が収容されたとき前記無給電素子と対向する位置に前記平面アレーアンテナを構成する給電素子を配置した装置本体
   とを具備することを特徴とする携帯型無線装置。
5. 前記着脱部品は電池パック、シムカード、メモリカード、通信カード、ハードディスクのいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の携帯型無線装置。
6. 前記無給電素子はカバーに埋設されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線装置。
7. 前記平面アレーアンテナは、メインアンテナと１または複数のサブアンテナを構成していることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の携帯型無線装置。
8. 前記平面アレーアンテナの他に内蔵アンテナを具備することを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の携帯型無線装置。

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