JP2008017485A - 人体に放射される電磁波を減少させた移動通信端末および移動通信用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放射パターンを変更することで人体に向かっていた電磁波の放射を減少させて、アンテナの性能向上を図るための移動通信端末および移動通信用アンテナを提供する。
【解決手段】 本発明の移動通信用アンテナは、電磁波を放射する放射体と、放射体と連結されるグランドと、グランドの一方にグランドと所定の間隔を隔てて平行に設けられた金属性の棒を有する放射防止部と、を含む。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、人体に放射される電磁波を減少させた移動通信端末および移動通信用アンテナに関する。詳細には、放射パターンを変化させ人体に放射される電磁波を減少させた移動通信端末および移動通信用アンテナに関する。

種々の電子製品や高圧線などから発生し得る電磁波が人体に悪い影響を及ぼすという実験結果に基づいて、各国では電磁波を規制する法案を制定し、各企業では電磁波を最小化するための研究が進んでいる。
特に、移動通信用端末の場合は、人体に密着されて使用されることから、電磁波吸収率（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ：ＳＡＲ）が高い。電磁波吸収率とは、移動通信用端末を使用する際に人体に吸収される単位質量当たりの電磁波吸収電力（Ｗ／Ｋｇ）のことを指す。電磁波吸収率は、移動通信用端末のアンテナから放射される電波の近距離場（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｒｅｇｉｏｎ）による影響を受ける。電磁波吸収率は、使用される移動通信用端末の送信電力、アンテナ特性、および機構物の形態などと密接な関係にある。

電磁波吸収率は、人体に吸収される電磁波の量を示す尺度であって、人体保護の規格に用いられている。韓国の場合は、電磁波吸収率の許容基準値をアメリカと同じく１．６［Ｗ／Ｋｇ］として規定しており、ヨーロッパおよび日本の場合には許容基準値を２．０［Ｗ／Ｋｇ］と規定している。
かかる電磁波吸収率を減少するための方法として、指向性アンテナ装置を使用する方法、別の導体板を取り付けて電波遮蔽を行う方法、および電波吸収体を挿入する方法などがある。

さらに、電磁波吸収率の減少を図るために最も一般的に使用される方法として、通話時に移動通信用端末のアンテナと人体の距離を最大に遠く確保するようにアンテナを設計する方法が挙げられる。このために、移動通信用端末内の印刷回路基板とアンテナが一定の距離以上に離隔されるように設計する方法が提示されている。しかしながら、アンテナに電力を供給すると印刷回路基板上にもアンテナから流入された電流成分が流れるようになり、これによって印刷回路基板はアンテナとして動作することになる。即ち、アンテナと印刷回路基板間の距離を確保するとしても、アンテナに供給された電力が給電のために連結された印刷回路基板に流入され、印刷回路基板から電磁波が生じてしまう問題が依然として残っている。

このような問題点を解決するために、アンテナから印刷回路基板に流れる電流成分を遮断する方法として、アンテナと印刷回路基板との間にチョーク（ｃｈｏｋｅ）状のバラン（ｂａｌｕｎ）を設ける方法が提案された。しかし、この方法は、バランによりアンテナが携帯用端末と離隔しすぎることになることから実際の携帯電話機の設計上に困難が伴った。
米国公開特許２００４−０１２５０２９号 日本公開特許２００２−２９９９９３１号 ヨーロッパ特許１２８６４１３Ａ１号 日本公開特許２００５−１９７７７７６号

本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、電磁波が人体に向かって放射されることを最小化することができる移動通信端末および移動通信用アンテナを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明１は、下記の構成要素を含む表示装置用基板の移動通信用アンテナを提供する。
・電磁波を放射する放射体と、
・前記放射体と連結されているグランドと、
・前記グランドの一方の面に前記グランドの長手方向に沿って前記グランドと所定の間隔を有して設けられている金属性の棒を有する放射防止部。

本発明２は、前記発明１において、前記放射防止部の金属性の棒は、前記放射体の電界方向に沿って長手に形成された複数の放射防止バーであって、前記各放射防止バーは、前記電界方向に交差する方向に沿って互いに所定の間隔を有して配置されている、移動通信用アンテナを提供する。
本発明３は、前記発明２において、前記放射防止部は、前記各放射防止バーの配列方向に沿って前記グランドの一端部分に長手に形成され、前記グランドと前記各放射防止バーとを連結する連結部を有する、移動通信用アンテナを提供する。

本発明４は、前記発明１において、前記放射体とグランドとを連結し前記放射体に電流を供給する給電ピンと、前記放射体を循環した電流を前記グランドにガイドする短絡ピンとを含むＰＩＦＡアンテナである、移動通信用アンテナを提供する。
本発明５は、前記発明２において、前記各放射防止バーの長さはλ／４である移動通信用アンテナを提供する。

本発明６は、以下の構成を含む移動通信端末を提供する。
・内側面に導電性塗料が縞模様状に塗布されたケースと、
・前記導電性塗料と電気的に接続されるグランドと、前記グランドに連結されて電磁波を放射する放射体とを有するアンテナ。
本発明７は、前記発明６において、前記ケースには、前記アンテナの電界方向に沿って長手に形成され、前記電界方向に交差する方向に所定の間隔を隔てて配置されている複数の塗料帯が塗布されている、移動通信端末を提供する。

本発明８は、前記発明７において、前記ケースには、前記ケースの内側面から突出していて前記各塗料帯を連結する塗料連結部が形成されている、移動通信端末を提供する。
本発明９は、前記発明８において、前記グランドが形成された回路基板を含み、前記回路基板の一側面には前記グランドと前記塗料連結部とを連結するように前記塗料連結部と接触する金属性の接触部が形成されている、移動通信端末を提供する。

本発明１０は、前記発明７において、前記各塗料帯の長さはλ／４である、移動通信端末を提供する。

本発明によると、放射パターンを変更して人体に向かった電磁波の放射を減少することでアンテナ性能を向上させることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を詳述する。
図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る移動通信用アンテナの放射体側の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの移動通信用アンテナの放射防止部側の斜視図である。
一般に、移動通信端末の通話品質は、基地局から伝送される電波の受信率により決定される。優れた電波受信率のために、移動通信用アンテナとして全方向特性を有するＰＩＦＡ（Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）アンテナが主に使用されている。

ＰＩＦＡアンテナは、放射体１０、給電ピン１５、短絡ピン２０、グランド３０を含んでなる。グランド３０の一方側には放射体１０が形成されていて、と反対側の面には放射防止部４０が配置している。
放射体１０は、グランド３０から所定の間隔を有してグランド３０と平行に配置されて電磁波を放射する。

給電ピン１５は、放射体１０とグランド３０とを連結し、放射体１０への電流供給を行う。短絡ピン２０は、放射体１０とグランド３０とを連結し、放射体１０の循環した電流をグランド３０にガイドする役割を果たす。
グランド３０は、回路基板に一体に形成されるか、別に設けられることができる。また、グランド３０によりアンテナサイズをλ／２からλ／４に減少させることができる。これにより、グランド３０の上下長さがほぼλ／４に形成される。

放射防止部４０は、グランド３０を隔てて放射体１０と向かい合うように配置され、グランド３０と所定の間隔をおいて平行に配置される。放射防止部４０は、互いに所定の間隔をおいて一列に配置された多数の放射防止バー４５と、放射防止バー４５とグランド３０の一端を連結する連結部３５を含んでなる。
各放射防止バー４５は、金属性ワイヤまたは金属板で形成され、各放射防止バー４５の長手方向は、アンテナで形成された垂直電界（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚｔｉｏｎ）の方向に平行に配置される。かかる放射防止バー４５は、グランド３０の長さである、約λ／４の長さで形成される。

連結部３５は、各放射防止バー４５の一端とグランド３０の一端を連結するために帯状に形成され、連結部３５の厚さだけ放射防止バー４５とグランド３０が相互離隔される。一例として、放射体１０はグランド３０の上端部に取り付けられ、連結部３５はグランド３０の下端部に取り付けられる。
より具体的には、グランド３０の一方の上側には放射体１０が取り付けられ、グランド３０の他方の下側には連結部３５が配置される。

図２Ａは、従来の移動通信用アンテナの電荷状態を示す側面図である。図２Ｂは、本発明に係る移動通信用アンテナの電荷状態を示す側面図である。
従来の移動通信用アンテナの場合では、グランド３０’は負の電荷を、放射体１０’は正の電荷を有する。これにより、正の電荷から負の電荷に向かって電流が流れるようになる。かかる電流の流れは、結果的に図３Ａで示すように、放射体１０’からの電磁波がグランド３０’まで達することに起因して漏れ電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）を形成する。移動通信用アンテナは、グランド３０’が移動通信端末内の正面を向き、放射体１０’が背面を向くように取り付けられているので、グランド３０’に向かって形成されるフリンジ電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）は、人体に向かうことになる。

一方、本発明の移動通信アンテナの場合、図２Ｂに示すように、グランド３０の一方には放射体１０が、他方には放射防止部４０が配置されることにより、放射体１０と放射防止バー４５は正の電荷、グランド３０は負の電荷を有する。従って、放射体１０と放射防止バー４５が同じ位相になることから、放射体１０から放射防止バー４５への電界形成が抑えられる。これによって、図３Ｂに示すように、グランド３０の領域には漏れ電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）の生成がほとんど起こらないことが分かる。

一方、一般にアンテナのインピーダンスを求める算出方法は次のとおりである。
（数１）
Ｚ_ｉｎ＝ｊ×Ｚ_０tanβl
上記の数１に基づいて放射防止部４０のインピーダンスを求める場合に、Ｚ_ｉｎは放射防止部４０のインピーダンス、ｌは放射防止部４０の長さになる。放射防止部４０の長さｌはλ／４であるため、Ｚ_ｉｎは∞となる。従って、放射防止部４０に電流が流れることができず、漏れ電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）が発生しない。

図４Ａは、従来の移動通信用アンテナの３次元放射パターンである。図４Ｂは、本発明に係る移動通信用アンテナの３次元放射パターンである。ここで、ｘ軸とｙ軸はグランド３０面に位置し、ｚ軸はグランド３０に垂直に位置する。
図４Ａに示すように、従来の移動通信用アンテナは、全方向性特性を有する放射パターンを有し、ｚ軸に若干の指向性を有していることが分かる。

これに対して、図４Ｂに示された本発明の移動通信用アンテナは、従来の移動通信用アンテナよりｚ軸にやや指向性を有していることが分かる。
図５は、本発明と従来の移動通信用アンテナの２次元放射パターンであって、ｘ−ｚ平面からみた放射パターンである。図示したように、従来の移動通信用アンテナの放射パターンは全方向性パターンである。一方、本発明の移動通信用アンテナの放射パターンはｚ軸方向に方向性を有し、この際、人体に向かう−ｚ軸方向には放射が減少し＋ｚ軸方向には放射が増加することが分かる。

このように、−ｚ軸方向に放射が減少したのでアンテナのゲインが増加する。実際のどころ、ゲインの測定結果、従来の移動通信用アンテナの場合に、２．０１９ｄＢのゲインを有している一方、本移動通信用アンテナは２．５０２ｄＢのゲインを有する。即ち、本移動通信用アンテナは従来に比べてゲインが０．５ｄＢ程度向上されたことが分かる。
図６Ａは、本発明に係る他の実施形態に係る移動通信用端末ケースの内側平面図であり、図６Ｂは回路基板の平面図である。

一般に、移動通信用端末ケース５０の内側面には、回路基板などに取り付けられた回路部品によって放射される電磁波の放射を防止するために導電性塗料を塗布する。本実施の形態では、ケース５０の内側に導電性塗料を縞模様状に塗布し、この際に、塗料帯６５をアンテナで形成される電界方向に沿って長く形成し、電界方向と交差する方向に所定の間隔をおいて複数形成する。ここで、塗料帯６５の長さは、放射防止バー４５と同様にλ／４に形成することが好ましい。

かかる塗料帯６５の一端部には、塗料帯６５をグランドに接地させるための塗料連結部５５が各塗料帯６５を連結するように長く形成されている。塗料連結部５５は、ケース５０の内側から所定の高さで突出されて形成することによってグランドに形成された回路基板７０に接触できる。
図６Ｂに示すように、回路基板７０の一端部分には、移動通信端末の組み立て時、ケース５０に形成された塗料連結部５５と接触されるように帯状の接触部７５が形成されており、接触部７５はグランド３０と電気的に接続されている。

本発明の移動通信用アンテナは、電界方向に沿って長手に形成された放射防止バー４５または塗料帯６５を備えることで、放射パターンがｚ軸方向に指向性を有するように施した。これによって、漏れ電界（ｆｒｉｎｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）が除去されて、人体に向かって放射されていた電磁波が減少され、またアンテナのゲインを増加させてアンテナ性能を向上させることができる。

一方、前述した実施の形態では、移動通信用アンテナとして、ＰＩＦＡアンテナについて例をあげて説明したが、移動通信端末に取り付け可能で全方向性を有するアンテナであれば本発明の適用が可能であることは言うまでもない。
以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明の一実施の形態に係る移動通信用アンテナの放射体側の斜視図である。 図１Ａの移動通信用アンテナの放射防止部側の斜視図である。 従来の移動通信用アンテナの電荷状態を示す側面図である。 本発明に係る移動通信用アンテナの電荷状態を示す側面図である。 従来の移動通信用アンテナの電界を示すグラフである。 本発明に係る移動通信用アンテナの電界を示すグラフである。 従来の移動通信用アンテナの３次元放射パターンを示す図面である。 本発明に係る移動通信用アンテナの３次元放射パターンを示す図面である。 本発明と従来の移動通信用アンテナの２次元放射パターンを示す図面である。 本発明の他の実施形態に係る移動通信用端末ケースの内側平面図である。 図６Ａのケース内側に結合される回路基板の平面図である。

符号の説明

１０ 放射体
１５ 給電ピン
２０ 短絡ピン
３０ グランド
３５ 連結部
４０ 放射防止部
４５ 放射防止バー

Claims (10)

1. 電磁波を放射する放射体と、
   前記放射体と連結されているグランドと、
   前記グランドの一方の面に前記グランドの長手方向に沿って前記グランドと所定の間隔を有して設けられている金属性の棒を有する放射防止部と、
   を含む、移動通信用アンテナ。
2. 前記放射防止部の金属性の棒は、前記放射体の電界方向に沿って長手に形成された複数の放射防止バーであって、前記各放射防止バーは、前記電界方向に交差する方向に沿って互いに所定の間隔を有して配置されている、請求項１に記載の移動通信用アンテナ。
3. 前記放射防止部は、前記各放射防止バーの配列方向に沿って前記グランドの一端部分に長手に形成され、前記グランドと前記各放射防止バーとを連結する連結部を有する、請求項２に記載の移動通信用アンテナ。
4. 前記放射体とグランドとを連結し前記放射体に電流を供給する給電ピンと、前記放射体を循環した電流を前記グランドにガイドする短絡ピンとを含むＰＩＦＡアンテナである、請求項１に記載の移動通信用アンテナ。
5. 前記各放射防止バーの長さはλ／４である、請求項２に記載の移動通信用アンテナ。
6. 内側面に導電性塗料が縞模様状に塗布されたケースと、
   前記導電性塗料と電気的に接続されるグランドと、前記グランドに連結されて電磁波を放射する放射体とを有するアンテナと、
   を含む移動通信端末。
7. 前記ケースには、前記アンテナの電界方向に沿って長手に形成され、前記電界方向に交差する方向に所定の間隔を隔てて配置されている複数の塗料帯が塗布されている、請求項６に記載の移動通信端末。
8. 前記ケースには、前記ケースの内側面から突出していて前記各塗料帯を連結する塗料連結部が形成されている、請求項７に記載の移動通信端末。
9. 前記グランドが形成された回路基板を含み、前記回路基板の一側面には前記グランドと前記塗料連結部とを連結するように前記塗料連結部と接触する金属性の接触部が形成されている、請求項８に記載の移動通信端末。
10. 前記各塗料帯の長さはλ／４である、請求項７に記載の移動通信端末。