JP2009044326A - 無線端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチなどが不要でスライド開閉機構の動作を妨げることなく実機に搭載できる小形の簡単な構成の負荷インピーダンスを実現し、アンテナの性能が改善されたスライド開閉機構を有する無線端末装置を得ること。
【解決手段】 少なくとも導体部分を有するスライドレールを介して可動自在に結合された地導体を有する２つの筐体部分を備え、前記２つの筐体部分の少なくとも一方にアンテナが設けられた無線端末装置において、前記スライドレールの導体部分と前記地導体との間にＬＣ共振回路とリアクタンス回路で形成した負荷を接続した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スライド開閉機構を有し、アンテナ性能を改善する負荷を備えた無線端末装置に関するものである。

携帯電話機などの無線端末装置はデザインや利便性の観点から、小型化、薄型化、通話品質の向上などが要求されている。無線端末装置の小型化、薄型化に伴い、筐体内でアンテナが占有できるスペースは縮小される傾向にあり、アンテナの大きさは使用される周波数帯の波長に比べて小形である場合が多い。このとき、電波の放射に寄与する電流はアンテナだけでなく、アンテナを接続する回路基板のグランドにも流れる。現在主流の携帯電話機では複数の回路基板を有するものが多く、このような場合、複数の回路基板の電気的な接続条件によって、アンテナの利得、インピーダンス帯域幅、放射効率などの特性が変動するという課題があった。
このような問題に対し、アンテナの性能を改善するための技術として、複数の回路基板のグランド同士を負荷で接続し、負荷のインピーダンスを適切に設定することでアンテナ利得を向上することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２０３８０６号公報（段落００２３）

しかしながら、現在の携帯電話機では複数の周波数帯が使用されており、使用周波数帯に応じて負荷インピーダンスを適切に設定する必要がある。従来では負荷のインピーダンスを変化させる手段としては、スイッチを用いる方法がおこなわれている。このような構成でも周波数に応じてスイッチを切り換えることによって負荷のリアクタンス値を変化させることができるが、スイッチ素子にはそれを制御するための回路が別途必要であり、負荷が大型化する。スライド開閉機構を有する無線端末装置では負荷インピーダンスの実装スペースが限られ、従来のスイッチで切り替えて負荷インピーダンスを設定する構成の負荷では実装困難であり、安定に性能を改善するのが難しいという問題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スイッチなどが不要でスライド開閉機構の動作を妨げることなく実機に搭載できる小形の簡単な構成の負荷インピーダンスを実現し、アンテナの性能が改善されたスライド開閉機構を有する無線端末装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる無線端末装置は、少なくとも導体部分を有するスライドレールを介して可動自在に結合された地導体を有する２つの筐体部分を備え、前記２つの筐体部分の少なくとも一方にアンテナが設けられ、前記スライドレールの導体部分と前記地導体との間に接続されたＬＣ共振回路とリアクタンス回路で形成された負荷を備えたことを特徴とするものである。

この発明は、スライドレールの導体部分と地導体を有する２つの筐体部分の地導体との間に、ＬＣ共振回路とリアクタンス回路で形成した負荷を接続するので、複数の使用周波数帯に応じた負荷設定の切り替え手段なしで構成でき、スライド開閉機構を複雑化、大型化することなく、アンテナの放射特性の改善を可能とする無線端末装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる無線端末装置を示す構成説明図であり、側面断面図である。ここでは無線端末装置としてスライド開閉機構を備えた一般的な携帯電話機を例示して説明する。図において、携帯電話機は、筐体１、筐体２を有し、筐体１の中には回路基板３、外レール４、内レール５が含まれる。また、筐体２の中には回路基板６、アンテナ素子７が含まれている。
回路基板３には図示していないスピーカやディスプレイなどの出力装置が配置される。
スライドレールを構成する外レール４と内レール５は、一部もしくは全部が金属製であり、外レール４は回路基板３上にネジ、半田、接着剤等で固定され、外レール４と回路基板３のグランドは電気的に導通されている。内レール５は筐体２と固定され、外レール４と内レール５によるスライド機構により、筐体１と筐体２は相対的に互いにスライド移動できるようになっている。
この例では、内レール５は金属ネジ８によって筐体２と固定され、内レール５のネジ穴は内レール５の金属部分に設けるようにする。内レール５は外レール４に勘合し、外レール４上を移動することができる。なお、内レール５と外レール４は、両者が電気的に導通されていても（高周波的に容量結合している場合も含む）、電気的に導通されていなくても良い。
回路基板６には図示していないＲＦ回路や電源、デジタル回路などの無線回路、キーボードやマイクなどの入力装置が配置される。また、回路基板６にはグランド９と、グランド９から切り離された導体パターン１０が形成されている。グランド９と導体パターン１０の間には負荷１１が設けられる。
導体パターン１０には板バネ１２が接触するようにし、板バネ１２は金属ネジ８によって筐体２に固定される。したがって、導体パターン１０は板バネ１２、金属ネジ８を介して内レール５の金属部分と電気的に導通させている。これにより、グランド９と導体パターン１０の間に負荷１１を接続することは、回路基板６上のグランド９と内レール５の金属部分の間を負荷１１を介して接続することと等価である。
図２は負荷１１の構成を示す回路図であり、負荷１１はＬＣ共振回路１３とリアクタンス素子１４を有する。ここでは、ＬＣ共振回路１３は素子値Ｌ_ｐを有するインダクタンス１５と素子値Ｃ_ｐを有するキャパシタンス１６の並列共振回路としている。リアクタンス素子１４にはインダクタンスもしくはキャパシタンスが用いられる。
アンテナ素子７は回路基板６に設置され、回路基板６上に設置されているＲＦ回路から給電線路を介して給電される。アンテナ素子７はモノポールアンテナ、逆Ｆアンテナなど、所望の周波数帯で動作するアンテナであれば良く、ここでは携帯電話機に適した任意のアンテナが用いられる。

次に動作について説明する。
現在実用されている携帯電話機では、一般に、アンテナ素子は使用される波長に対して小形である。この場合、アンテナ素子だけでなく、アンテナが接続されている回路基板のグランドにも電波放射に寄与する電流が流れる。すなわち、回路基板のグランド上の電流分布によってアンテナ特性が変化する。これは低い周波数ほど顕著であり、回路基板グランド上に流れる電流からの放射が支配的となる。したがって、現在主流となっている筐体二つ折りタイプやスライド開閉タイプのような複数の回路基板を有する携帯電話機では、それぞれの回路基板のグランド上を流れる電流が逆相の関係になるとそれぞれの電流から放射される電波がキャンセルされ、放射効率が劣化することが考えられる。これを避けるために、複数の回路基板のグランド間の電気的接続条件を実験的に検証し、低い周波数帯では開放もしくはそれに近い状態とするのが良いことがわかっている。

図３は図１の携帯電話機の回路基板３、６のグランドの間を１０ｎＨのチップインダクタで接続した場合における放射電力を示す図であり、図３（ａ）は筐体開時、図３（ｂ）は筐体閉時の場合である。測定周波数は現在使用されている携帯電話機の周波数帯のうち低い周波数帯（以下、ｆ_１と記載する）とし、ｆ１の下端周波数をｆ_{１＿ｌｏｗ}、上端周波数をｆ_{１＿ｈｉｇｈ}として示している。図３の縦軸は、放射電力の相対値である。図３からわかるように、回路基板３、６のグランド間にリアクタンス素子を接続した場合の放射電力は、リアクタンス素子を接続しない場合に比べて１〜５ｄＢ程度劣化している。一方、携帯電話機の使用周波数帯の高い周波数帯（以下、ｆ_２と記載する）では回路基板３、６のグランドの間をリアクタンス素子で接続することで放射効率を改善できることを確認している。したがって、周波数帯に応じて負荷１１のインピーダンスを変化させることが必要である。

図２に示した本発明の実施の形態１における負荷１１はＬＣ共振回路１３とリアクタンス素子１４のみで構成され、ＬＣ共振回路１３は素子値Ｌ_ｐを有するインダクタンス１５と素子値Ｃ_ｐを有するキャパシタンス１６のみで構成されるため、スイッチ素子を用いて構成した場合に比べて小型化できる。図２のＬＣ共振回路１３を用いて負荷１１を構成した場合、使用する２つの周波数帯ｆ_１、ｆ_２のうちｆ_１で負荷１１のインピーダンスを高くするには、図２に示したインダクタンス１５、キャパシタンス１６の素子値Ｌ_ｐ、Ｃ_ｐを、
ｆ_{１＿ｃｎｔ}＝２π／（Ｌ_ｐＣ_ｐ）^１／２ （１）
をほぼ満足するように決定すれば良い。ここで、ｆ_{１＿ｃｎｔ}は周波数帯ｆ_１の中心周波数である。

図４は図１の携帯電話機の自由空間における放射電力を示す図である。図４の縦軸は放射電力の相対値である。図４において、ｆ_{１＿ｌｏｗ}、ｆ_{１＿ｈｉｇｈ}は周波数帯ｆ_１の下端周波数、上端周波数をそれぞれ表し、ｆ_{２＿ｌｏｗ}、ｆ_{２＿ｈｉｇｈ}は周波数帯ｆ_２の下端周波数、上端周波数をそれぞれ表す。負荷１１のリアクタンス素子１４には０。５ｐＦのチップキャパシタを使用している。負荷１１のインダクタンス１５とキャパシタンス１６の素子値Ｌ_ｐ、Ｃ_ｐは式（１）に基づいて決定している。図４（ａ）は筐体開時、図４（ｂ）は筐体閉時の場合を示している。図４から低い方の周波数帯ｆ_１にはほとんど影響を及ぼすことなく、ｆ_２の放射電力を１ｄＢ程度改善していることが確認できる。

本発明の実施の形態１に係わる携帯電話機の負荷は、スイッチなどの切り替え手段を必要とせず、負荷１１としてＬＣ共振回路１３とリアクタンス素子１４のみから成るため、負荷１１が占有する体積を非常に小さくすることができる。また、負荷１１は回路基板６上のグランド９と導体パターン１０の間に接続され、導体パターン１０は板バネ１２、金属ネジ８を介して内レール５の金属部分と電気的に導通するように構成しているから、スライド開閉機構で開閉するために負荷の接続を切り離す必要がない。
したがって、スライド開閉機構でスライド開閉する携帯電話機などの無線端末装置において、スライド開閉機構を複雑化、大型化することなく、装置の小型化、薄型化、コストの低減を可能としながら、良好なアンテナ特性を得ることができる携帯電話機などの無線端末装置を実現することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態１で示した負荷１１の別の構成を示す構成説明図である。図において、ＬＣ共振回路１３はインダクタンス１５とキャパシタンス１６の直列共振回路とし、負荷１１をＬＣ共振回路１３とリアクタンス素子１４を並列に接続した構成としたものである。この場合、前記式（１）で与えられる周波数ｆ_{１＿ｃｎｔ}近傍において負荷１１のインピーダンスは非常に小さくなり、ほぼ短絡状態となる。
したがって、低い方の周波数帯ｆ_１の条件が短絡か遮断（開放）かに応じて、用いる負荷１１を次のように使い分けることが望ましい。即ち、短絡であれば図２に示した構成を、また、遮断（開放）であれば図５に示した構成を選定する。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態１で示した負荷１１の更に別の構成を示す構成説明図である。これは、使用する周波数帯が３以上となる場合に、負荷１１の周波数選択性を高めるのに適しており、負荷１１のＬＣ共振回路１３を必要数だけ多段化した構成を示している。図６（ａ）は前記図２で示した構成に適用した場合であり、図６（ｂ）は前記図５で示した構成に適用した場合である。

以上のように構成することにより、実施の形態１及び実施の形態２での説明同様に、３以上の周波数帯を使用する場合でも、スイッチなどの切り替え手段を必要とせず、簡便な構成で所望の周波数帯において適切なリアクタンス素子を負荷１１として接続することができ、スライド開閉機構を複雑化、大型化することなく、装置の小型化、薄型化、コストの低減を可能としながら、良好なアンテナ特性を得ることができる。

実施の形態４．
以上では、この発明に係わる無線端末装置の例として、図１に示した構成の携帯電話機を例示して負荷１１の効果を説明したが、負荷１１はこの発明に係わる無線端末装置である携帯電話機としての種々の構成のものにおいても前記同様にして同様の効果を奏する。以下に、携帯電話機の構成例を示す。

図７は携帯電話機の構成を説明するための側面断面図である。図７において１８はガスケット（スポンジに導体を巻きつけたもの）である。ガスケット１８は導体パターン１０に導電性のある接着剤やテープなどの結合手段によって導通されながら固定され、かつ金属ネジ８に押し当てられるようにするなどして導通させる。このような構成としても、導体パターン１０はガスケット１８と金属ネジ８を介して内レール５の金属部分と導通されるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、ガスケット１８の代わりに導電性のあるスポンジを用いても良い。

図８は携帯電話機のさらに別の構成を説明するための側面断面図である。図８において１９は板バネであり、導体パターン１０に半田付け等により導通されながら固定される。筐体１、２には通常、信号線を通すための穴が設けられており、その穴を介して板バネ１９と内レール５の金属部分を直接接触させることができる。このような構成としても、導体パターン１０は板バネ１９を介して内レール５の金属部分と導通されるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、図９に示すように、負荷１１を回路基板３のグランド上に配置して、外レール４の金属部分と接続するように構成しても、負荷１１のリアクタンス素子により回路基板３、６のグランド上の電流分布を制御することができるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

このとき、負荷１１と外レール４との接続方法は、直接接続するほかに、他の導電性部材（金属ネジ、板バネ、ガスケット等）を介して接触させる方法、回路基板３上にグランドとは絶縁された導体パターンを設けて導体パターンの一端と回路基板３の間に負荷１１を接続し、導体パターンは金属ネジや板バネ、ガスケット等を用いて外レール４の金属部分と導通させる方法などが考えられる。

なお、外レール４と内レール５の形状、個数もさまざまであり、適宜選択される。
図１０はこの発明の実施の形態１に係わる無線端末装置の外レール４と内レール５の構成を説明するための図である。図１０（ａ）では２本の外レール４に対して内レール５が１個勘合する構成であり、図１０（ｂ）は１本の外レール４に対して内レール５が１個勘合する構成となっている。このような場合でも、回路基板６のグランドと内レール５との間、回路基板３のグランドと外レール４の間の少なくとも一方に負荷１１を接続することによって実施の形態１と同様の効果を得ることができる。ここでは、外レール４を１個とした場合あるいは内レール５を１個した場合の構成を例として説明したが、これらを組み合わせた構成や各々２個以上のレールで構成する場合も考えられる。

さらに、図１１はまた別の携帯電話機の構成を説明するための側面断面図である。図１１において２０は導体部を有する部材であり、現在実用されている携帯電話機では電気的接続を可能とするフレキシブルプリント基板などが一例として挙げられる。
図１との相違点は、図１１に示すように負荷１１を部材２０上に配置した点である。この場合、負荷１１は部材２０のグランドに接続され、部材２０のグランドの一端は回路基板６のグランドと接続され、部材２０のグランドの他の一端は内レール５の金属部分へと接続される。部材２０のグランドと回路基板６のグランドあるいは内レール５との接続には、金属ネジ等で固定しながら導通させる方法や板金を押し当てて導通させる方法などが考えられる。
ここで、負荷１１の構成方法はチップ素子で所望のインダクタンスやキャパシタンスを得る方法の他に、部材２０上に導体パターンを設けて所望のインダクタンスやキャパシタンスを形成する方法が考えられる。
動作原理は前記実施の形態１と同様である。この実施の形態２では、回路基板上に負荷１１を設けない構成としたため、回路基板の実装面積を占有しないですむという利点があり、無線端末装置の小型化、薄型化に貢献できる。さらに、部材２０上に導体パターンによって負荷１１の回路を構成すれば、負荷１１をより薄型化することができる。
また、負荷１１には実施の形態１で述べたいくつかの回路構成を用いることができる。周波数帯の数や最適な接続条件に応じた適切な回路構成を選択することが望ましい。
さらに、前述のように、負荷１１の接続する位置は外レール４と回路基板３のグランドの間でも良い。この場合、部材２０のグランドの一端を外レール４の金属部分に接続し、部材２０の他の一端は回路基板３のグランドに接続される。

この発明の実施の形態１に係わる無線端末装置を示す構成説明図であり、側面断面図である。 負荷１１の構成を示す回路図である。 図１の携帯電話機の回路基板３、６のグランドの間を１０ｎＨのチップインダクタで接続した場合における放射電力を示す図である。 図１の携帯電話機の自由空間における放射電力を示す図である。 この発明の実施の形態１で示した負荷１１の別の構成を示す構成説明図である。 この発明の実施の形態１で示した負荷１１の更に別の構成を示す構成説明図である。 携帯電話機の構成を説明するための側面断面図である。 携帯電話機のさらに別の構成を説明するための側面断面図である。 携帯電話機のさらに別の構成を説明するための側面断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる無線端末装置の外レール４と内レール５の構成を説明するための図である。 この発明に係わるまた別の携帯電話機の構成を説明するための側面断面図である。

符号の説明

１、２ 筐体、３ 回路基板、４ 外レール、５ 内レール、６ 回路基板、７ アンテナ素子、８ 金属ネジ、９ グランド、１０ 導体パターン、１１ 負荷、１２ 板バネ、１３ ＬＣ共振回路、１４ リアクタンス素子、１５ インダクタンス、１６ キャパシタンス、１８ ガスケット、１９ 板バネ、２０ 導体部分を有する部材。

Claims (7)

1. 少なくとも導体部分を有するスライドレールを介して可動自在に結合された地導体を有する２つの筐体部分を備えた無線端末装置であって、前記２つの筐体部分の少なくとも一方にアンテナが設けられ、前記スライドレールの導体部分と前記地導体との間に接続されたＬＣ共振回路とリアクタンス回路で形成された負荷を備えたことを特徴とする無線端末装置。
2. 少なくとも導体部分を有するスライドレールを介して可動自在に結合された地導体を有する２つの筐体部分を備えた無線端末装置であって、前記２つの筐体部分の少なくとも一方にアンテナが設けられ、前記スライドレールの導体部分と前記地導体とを接続する導体部を有する部材と、前記部材に設けられたＬＣ共振回路とリアクタンス回路で形成された負荷とを備え、前記負荷を前記スライドレールの導体部分と前記地導体との間に前記部材の導体部を介して電気的に接続したことを特徴とする無線端末装置。
3. 前記負荷は、並列ＬＣ共振回路とそれに直列接続されたリアクタンス回路で形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の無線端末装置。
4. 前記負荷は、複数個の並列ＬＣ共振回路の直列接続とそれに直列接続されたリアクタンス回路で形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の無線端末装置。
5. 前記負荷は、直列ＬＣ共振回路とそれに並列接続されたリアクタンス回路で形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の無線端末装置。
6. 前記負荷は、複数個の直列ＬＣ共振回路の並列接続とそれに並列接続されたリアクタンス回路で形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の無線端末装置。
7. 前記ＬＣ共振回路のインダクタンスの素子値Ｌ_ｐとキャパシタンスの素子値Ｃ_ｐを、使用周波数帯の中心周波数をｆとして、
   ｆ＝２π／（Ｌ_ｐＣ_ｐ）^１／２
   なる関係に基づいて決定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線端末装置。

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