JP2008154107A - 折畳み構造携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】開状態および閉状態のいずれにおいても良好なアンテナ特性を得ることのできる折畳み構造携帯端末を提供する。
【解決手段】２つの筐体をヒンジ部で開閉可能に連結してなる折畳み構造携帯端末において、一方の筐体が内蔵する主回路基板上に単一のインピーダンス整合回路と一体のアンテナが実装される。インピーダンス整合回路は、少なくとも１つのリードスイッチと、インダクタンスと、キャパシタンスとを備える。リードスイッチは携帯端末の開閉に応じて磁石によりオフおよびオンとなり、オフのときには開状態に、オンのときには閉状態に最適なインピーダンスが得られるよう、インピーダンス整合回路の構成を切替える。これにより、開状態および閉状態のそれぞれで良好なアンテナ特性を得ることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は折畳み構造の携帯端末に係り、より詳細には、開状態および閉状態のいずれにおいても良好なアンテナ特性を得ることのできる折畳み構造携帯端末に関する。

携帯電話の普及に伴い、様々な形状の電話機が登場している。中でも代表的な形状として、携帯電話の普及当初に多く見られた長方形の箱型からなるいわゆるストレート型のものと、ディスプレイや受話部を備えた筐体とダイヤル部や送話部を備えた筐体とをヒンジ部で回動可能に連結した折り畳み構造のフリップ型のものとが挙げられる。前者を図９（ａ）に、後者を図９（ｂ）にそれぞれ示す。

一般に、携帯端末は通信を行うためのアンテナを備えている。図９（ａ）および（ｂ）においても、電話機１は、本体に内蔵されたプリント基板を地板として例えば図示する位置に実装されたアンテナ１０を具備する。このアンテナ１０は筐体外部に位置し、通信時には空間に伸長させて使用する外装型のアンテナであるが、端末によっては、プリント基板上に低姿勢な構造のアンテナを装備し、外部から見えないようにした内蔵型のアンテナを備える場合もある。

図１０（ａ）および（ｂ）に概略的に示すフリップ型の電話機に装備されたアンテナ１０は外装型であり、図１３（ａ）に示すようなヘリカルアンテナを用いている。ヘリカルアンテナはモノポールアンテナを変形したもので、線輪をヘリカル状に巻くことによりアンテナ素子の論理的な物理長である１／４λを短縮している。電気長は１／４λｇに調整される。

一方、図１１（ａ）および（ｂ）や図１２（ａ）および（ｂ）に概略的に示すフリップ型の電話機に装備されたアンテナ１０はいずれも内蔵型のアンテナであり、図１３（ｂ）に示す逆Ｆアンテナまたは図１３（ｃ）に示すメアンダラインアンテナを用いて実現される。内蔵型アンテナの場合、図１１のように電話機のヒンジ部近傍に装備したり、図１２のように先端部に装備することが可能である。

ところで、こうしたアンテナの共振特性は、地板の形状や近接する導体に大きく左右される。特に、フリップ型の携帯端末においては開状態と閉状態とで電気特性が変化するため、両状態においてアンテナ特性を満足させることが難しい。

図１０（ａ）を参照すると、外装型アンテナを備えたフリップ型携帯端末の閉状態においては、アンテナ素子１０と地板であるプリント基板２０とが同軸上に位置し、給電点６０が電源インピーダンスに符合する給電位置となる。そのため、閉状態では良好なアンテナ共振特性を得ることができる。ところが、図１０（ｂ）に示す開状態になると、液晶ディスプレイ基板３０がアンテナ素子１０に近接し反射板として作用するため、アンテナインピーダンスが低下し、不整合損失が増大してしまうという問題が生じる。この問題は内蔵型アンテナ１０を有する携帯端末においても発生するもので、閉状態および開状態におけるアンテナ特性は、外装型のヘリカルアンテナを備えた携帯端末の場合と同様に変化する。

本発明者は、アンテナインピーダンスの低下および不整合損失についてより明確に把握するため、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、市販のフリップ型携帯電話と同様の寸法のプリント基板と等価の金属板を用いて主回路基板２０および液晶ディスプレイ基板３０を再現し、ヒンジ部に逆Ｆアンテナ１０を設置してシミュレーションを行った。符合６０は給電点を表している。

このシミュレーションでは、内蔵型アンテナを備えた携帯端末の閉状態および開状態におけるインピーダンス特性をモーメント法により求めた。なお、ここでは閉状態でのアンテナ共振周波数を１０００ＭＨｚに設定した。図１５は閉状態、図１６は開状態でのシミュレーション結果をそれぞれ示している。

これによれば、閉状態に比べ開状態ではインピーダンスが約３０％低下しており、また、ＶＳＷＲ特性も悪化していることがわかる。さらに、この結果はシミュレーションにより得られたものであるから、実際の携帯端末において各基板に他の電子部品が搭載され、形状も制限されれば、さらなるインピーダンスの低下およびＶＳＷＲ特性の悪化が生じる可能性がある。

以上に鑑みると、フリップ型の携帯端末において、開状態または閉状態のいずれの状態にあっても良好なアンテナ特性を得ることができるのが望ましい。そこで、閉状態および開状態のいずれにおいてもアンテナ特性を満足させるために、アンテナを広帯域化して特性変化があっても使用帯域を確保したり、あるいは両状態の妥協点を見出すアンテナ設計が行われている。しかしながら、そのような妥協点を探るには多大な開発時間が必要とされるのが現状である。

こうした問題を解決する技術の一例として、特許文献１には、アンテナと無線部とのインピーダンス整合を行う整合回路を設けた折り畳み機構付携帯端末機に関する発明が記載されている。この携帯端末機は磁石およびリードスイッチからなる開閉検出部とを備えており、端末の開状態を検出したときには第一の整合回路を選択し、閉状態を検出したときには第二の整合回路を選択してインピーダンス整合を図るものである。第一の整合回路は端末が開状態のときに、第二の整合回路は閉状態のときにそれぞれインピーダンス整合をとる回路であり、端末の開状態すなわち通話状態、および閉状態すなわち着信待機状態の各々において、インピーダンス整合を適正に調整することができる。
特開２００１−３４５８８２号公報

特許文献１に記載の携帯端末のように、折り畳み構造の端末の開状態または閉状態を検出し、これに応じて複数の整合回路のうち最適な回路を選択することによって、開状態および閉状態のいずれにおいても良好なアンテナ特性を確保することが可能であるが、電話機の小型化という観点からは、そのような回路をできる限り省スペースで実現するのが好ましい。

そこで、本発明は、リードスイッチにより開閉を検知すると共に、当該リードスイッチにより直接インピーダンス整合素子を切替え一定の良好なアンテナ特性を確保することのできる折り畳み構造の携帯端末を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するため本発明が提供するのは、主回路基板を内蔵した第１筐体の一端とディスプレイ基板を内蔵した第２筐体の一端とが開閉可能に連結され、第１筐体の主回路基板上に、主回路基板との結合点で給電され単一のインピーダンス整合回路と一体化されたアンテナが実装される折りたたみ構造携帯端末である。この携帯端末において、インピーダンス整合回路は、少なくとも１つのリードスイッチを含む。リードスイッチは、第１筐体および第２筐体の開状態または閉状態に応じてオフまたはオンされ、開状態のときにアンテナ側と電源側とのインピーダンス整合をとる第１の回路構成と、閉状態のときにアンテナ側と電源側とのインピーダンス整合をとる第２の回路構成とを切替可能に実現することを特徴とする。

また、この折畳み構造携帯端末において、第２筐体は、第１筐体および第２筐体が閉状態のときに第１筐体の前記インピーダンス整合回路と対向する位置に小型磁石を具備し、リードスイッチは、開状態によりインピーダンス整合回路と小型磁石とが離隔するとオフされ、閉状態により接近するとオンされる。

また、この折畳み構造携帯端末において、リードスイッチの近傍には小型磁石および強磁性体片が配置され、第１筐体と第２筐体とが開状態または閉状態のときにリードスイッチと小型磁石との間に強磁性体片が挿入されてリードスイッチがオフされ、第１筐体と第２筐体とが閉状態または開状態のときに強磁性体片が離隔されてリードスイッチが小型磁石によりオンされてもよい。

本発明によれば、単一のインピーダンス整合回路を直接リードスイッチで切替えることにより、携帯端末が開状態および閉状態のそれぞれにおいて最適なアンテナ特性を得ることができる。したがって、より少ないスペースで、複数のインピーダンス回路を用いる場合と同様の効果を奏することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を説明する。
本発明においては、後述するように、携帯端末が開状態または閉状態のいずれであるかをリードスイッチと小型の磁石とを用いて検出する。そこでまず、リードスイッチの構造について簡単に説明すると、図１（ａ）に示すように、リードスイッチ８０は、リード部８２０Ａ・Ｂと、接点部８３０Ａ・Ｂと、板バネ部８４０Ａ・Ｂとを有するスイッチ片８１０Ａ・Ｂと、ガラス管８４０とから構成される。

スイッチ片８１０Ａ・Ｂは直径が０．２５ｍｍ程度の強磁性体の金属線材を圧縮成型して形成され、対向するようにガラス管８４０の中に封止される。ガラス管８４０の大きさは、例えば直径１．４ｍｍ、長さ５ｍｍ程度であり、内部には乾燥窒素等の不活性ガスが充填されて、接点部８３０等の酸化を防止するとともにゴミなどによる汚染を防止する。

図１（ａ）に示す側面図では、リードスイッチ８０はオフ状態であり、各接点部８３０Ａ・Ｂ間は約５〜数十μｍ程度の間隙を保って板バネ部８４０Ａ・Ｂにより保持されている。図１（ｂ）はリードスイッチ８０の上面図であり、各スイッチ片８１０Ａ・Ｂの識別が容易なように、各リード部８２０Ａ・Ｂ、接点部８３０Ａ・Ｂ、板バネ部８４０Ａ・Ｂを便宜上色分けして示してある。ここで、リードスイッチ８０に外部磁界Ｈが加わると、図１（ｃ）に示すように、板バネ部８４０Ａ・Ｂが磁気的吸引力により付勢され、各接点部８３０Ａ・Ｂが接触する。これによりスイッチ８０はオン状態となる。

本発明の一実施例においては、フリップ型の携帯端末を閉状態としたときに対向する位置にリードスイッチ８０と磁石９０とを配置する。図２（ａ）は閉状態、（ｂ）は開状態のフリップ型の携帯端末を端的に示したものであり、主回路基板２０上にはリードスイッチ８０が、ディスプレイ基板３０上には磁石９０が、いずれもヒンジ部５０の近傍に設けられ、対向している。このとき、リードスイッチ８０は磁石９０からの磁界を受けてオン状態となっている。

ここで、携帯端末が開状態になると、リードスイッチ８０と磁石９０とは離隔し、リードスイッチ８０が磁石９０からの磁界の影響を受けなくなる。すると、リードスイッチ８０はオフ状態となる。その後携帯端末が再び閉状態になれば、リードスイッチ８０はオン状態になる。

なお、リードスイッチ８０と磁石９０とを配置する位置はヒンジ部５０の近傍に限られず、携帯端末を閉状態としたときに十分に近接し、開状態としたときに十分に離隔するように配置されればよい。また、携帯端末のアンテナは前述した外装型または内蔵型のいずれであってもよく、内蔵型アンテナの場合には、ヒンジ部に設けられていても先端部に設けられていてもよい。

図３は磁石によるリードスイッチの駆動特性を表したもので、リードスイッチ８０に対して磁石９０をＸ方向またはＹ方向で近接させたときのリードスイッチのオン−オフ特性が示されている。図２（ａ）および（ｂ）に示した実施例は、リードスイッチ８０に対して磁石９０をＸ方向で近接および離隔させた場合にあたり、リードスイッチ８０と磁石９０との間の距離が一定以上になると、リードスイッチ８０がもはや磁石９０の磁界の影響を受けないことがわかる。

このようなリードスイッチと磁石との関係を踏まえ、次に、携帯端末のアンテナ給電部分について図４（ａ）および（ｂ）を参照する。

図４（ａ）において、アンテナ１０の給電点６０は地板との接点部分にある。アンテナ１０の給電回路を示したのが図４（ｂ）である。図４（ｂ）の給電回路では、給電点６０から見たアンテナ複素インピーダンスが使用周波数における給電回路の電源抵抗Ｚと等しければ、反射損失なくアンテナに給電を行うことができる。

本発明では、このような給電を実現するために、図５（ａ）〜（ｄ）に示すようなアンテナ複素インピーダンスと電源抵抗とが一致しないインピーダンス整合回路を用いる。これらの回路では、インダクタンスＬとキャパシタンスＣとの組み合わせによって各定数を調整し、インピーダンス整合を図ることができる。このような回路としては他にも適宜多様な構成をとることが可能であるが、ここでは例として４種類の回路構成のみを示す。

図５（ａ）〜（ｄ）に示すインピーダンス整合回路はいずれも２つのスイッチＳＷ１およびＳＷ２と、インダクタンスＬと、キャパシタンスＣとを備えており、携帯端末の主回路基板上に設けられる。スイッチＳＷ１およびＳＷ２としては、前述のリードスイッチが用いられる。

携帯端末が閉状態のときには、先に図２（ａ）を参照して説明したように、スイッチＳＷ１およびＳＷ２はディスプレイ基板上に配置された磁石と近接し、磁界の影響を受けて常にオン状態に保たれる。そして、携帯端末が開状態に変化して磁石との距離が離間すると、図２（ｂ）のようにスイッチと磁石とが離隔するので、スイッチＳＷ１およびＳＷ２はオフに切り替わり、携帯端末が開状態にある間はオフ状態に保たれる。

このとき、図５（ａ）〜（ｄ）より明らかなように、インピーダンス整合回路は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２のオンまたはオフにより構成が変化する。すなわち、本発明においては、リードスイッチＳＷ１およびＳＷ２が携帯端末の開状態または閉状態を検出するとともに、各状態に応じて適切なインピーダンス整合回路を構成する。

このようなインピーダンス整合回路として、先に図１５および図１６に示したシミュレーションにおいてインピーダンスを整合させる回路の一例を図６に示す。このインピーダンス整合回路は、スイッチＳＷ１と、３．５ｐＦのキャパシタンスＣとを備える。ここでは携帯端末が閉状態の場合を基本とし、閉状態でのインピーダンスは整合がとれているものとする。携帯端末が閉状態のときにはスイッチＳＷ１はオン状態である。

携帯端末が開状態となったとき、図６に示すインピーダンス整合回路では、リードスイッチＳＷ１が開状態を検出し、オンからオフに切り替わる。このとき、キャパシタンスＣが挿入されていることから、図５のシミュレーション結果に示すように、図１６に示した場合と比較して良好なインピーダンス整合が得られる。

以上、本発明の好適な実施例を説明したが、本発明の別の実施例においては、リードスイッチと磁石とを近接・離隔させる方法に限らず、別の方法によってもリードスイッチのオン−オフ制御を行うことが可能である。例えば、図８に示すように、リードスイッチ８０と磁石９０とを十分近接させて配置し、携帯端末が開状態または閉状態のときにはリードスイッチ８０が磁石９０の磁界の影響を受けてオンとなるようにする。そして、携帯端末を閉状態または開状態に変化させたときには、リードスイッチ８０と磁石９０との間に強磁性体の磁気シールド板１００が挿入され、磁界が遮断されてリードスイッチ８０がオフとなるようにすることもできる。

なお、本発明においては携帯端末が閉状態の時のアンテナ特性を基本としたが、開状態の時のアンテナ特性を基本として考えても同様にインピーダンス整合を得ることができることは明らかである。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はリードスイッチを説明する図。 （ａ）は本発明の一実施例による折畳み構造携帯端末の閉状態を示す図、（ｂ）は開状態を示す図。 磁石によるリードスイッチの駆動特性を示す図。 （ａ）は携帯端末のアンテナ給電点を示す図、（ｂ）はアンテナ給電回路を示す図。 本発明の折畳み構造携帯端末に適用するインピーダンス整合回路の構成例を示す図（その１）。 本発明の折畳み構造携帯端末に適用するインピーダンス整合回路の構成例を示す図（その２）。 本発明の折畳み構造携帯端末に適用するインピーダンス整合回路の構成例を示す図（その３）。 本発明の折畳み構造携帯端末に適用するインピーダンス整合回路の構成例を示す図（その４）。 本発明の折畳み構造携帯端末に適用するインピーダンス整合回路の構成例を示す図。 本発明によるインピーダンス整合のシミュレーション結果を示す図。 磁石と磁気シールド板とを用いたリードスイッチ駆動を説明する図。 （ａ）は長方形箱型形状を有する携帯電話の外観図、（ｂ）は折畳み構造携帯電話の外観図。 （ａ）は外装型アンテナを備えた折畳み構造携帯端末の閉状態を示す概略図、（ｂ）は開状態を示す概略図。 （ａ）はヒンジ部に内蔵型アンテナを備えた折畳み構造携帯端末の閉状態を示す概略図、（ｂ）は開状態を示す概略図。 （ａ）は先端部に内蔵型アンテナを備えた折畳み構造携帯端末の閉状態を示す概略図、（ｂ）は開状態を示す概略図。 （ａ）はヘリカルアンテナ、（ｂ）は逆Ｆアンテナ、（ｃ）はメアンダラインアンテナを示す図。 （ａ）は逆Ｆアンテナを用いたシミュレーション用構造の閉状態を示す概略図、（ｂ）は開状態を示す概略図。 逆Ｆアンテナを用いたシミュレーション用構造の閉状態におけるインピーダンス整合のシミュレーション結果を示す図。 逆Ｆアンテナを用いたシミュレーション用構造の開状態におけるインピーダンス整合のシミュレーション結果を示す図。

符号の説明

１ 携帯端末
１０ アンテナ／アンテナ素子
２０ 主回路基板
３０ ディスプレイ基板
４０ ディスプレイ
５０ ヒンジ部
６０ 給電点
７０ 接地点
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
８０ リードスイッチ
８１０Ａ，８１０Ｂ スイッチ片
８２０Ａ，８２０Ｂ リード部
８３０Ａ，８３０Ｂ 接点部
８４０Ａ，８４０Ｂ 板バネ部
８５０ ガラス管
９０ 磁石
１００ 磁気シールド板

Claims (3)

1. 主回路基板を内蔵した第１筐体の一端とディスプレイ基板を内蔵した第２筐体の一端とが開閉可能に連結され、前記第１筐体の前記主回路基板上に、前記主回路基板との結合点で給電され単一のインピーダンス整合回路と一体化されたアンテナが実装される折りたたみ構造携帯端末であって、
   前記インピーダンス整合回路は少なくとも１つのリードスイッチを含み、
   前記リードスイッチは、前記第１筐体および前記第２筐体の開状態または閉状態に応じてオフまたはオンされ、前記開状態のときに前記アンテナ側と電源側とのインピーダンス整合をとる第１の回路構成と、前記閉状態のときに前記アンテナ側と電源側とのインピーダンス整合をとる第２の回路構成とを切替可能に実現することを特徴とする折畳み構造携帯端末。
2. 請求項１に記載の折畳み構造携帯端末において、
   前記第２筐体は、前記第１筐体および前記第２筐体が閉状態のときに前記第１筐体の前記インピーダンス整合回路と対向する位置に小型磁石を具備し、
   前記リードスイッチは、前記開状態により前記インピーダンス整合回路と前記小型磁石とが離隔するとオフされ、閉状態により接近するとオンされることを特徴とする折畳み構造携帯端末。
3. 請求項１に記載の折畳み構造携帯端末において、
   前記リードスイッチの近傍には小型磁石および強磁性体片が配置され、
   前記第１筐体と前記第２筐体とが開状態または閉状態のときに前記リードスイッチと前記小型磁石との間に前記強磁性体片が挿入されて前記リードスイッチがオフされ、前記第１筐体と前記第２筐体とが閉状態または開状態のときに前記強磁性体片が離隔されて前記リードスイッチが前記小型磁石によりオンされることを特徴とする折畳み構造携帯端末。

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