JP2009147513A

JP2009147513A - 折り畳み型携帯端末

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Publication number: JP2009147513A
Application number: JP2007320792A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kojima; 拓也小嶋
Original assignee: NEC Saitama Ltd
Current assignee: NEC Saitama Ltd
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: WO2009075193A1; EP2221913A4; US20100245186A1; EP2221913B1; CN101897080A; CN101897080B; JP5217406B2; EP2221913A1

Abstract

【課題】簡単な構造で第１の周波数帯で用いられるンテナと第２の周波数帯で用いられる筐体ダイポールアンテナの両方のアンテナ特性を同時に確保することが可能な構成を提供する。
【解決手段】上部プリント基板を内蔵した上部筐体と、下部プリント基板を内蔵した下部筐体とをヒンジ部で連結した折り畳み型携帯端末において、第１周波数帯で用いられる第１のアンテナと、第２周波数帯で用いられ、上部プリント基板と下部プリント基板とを導電性のヒンジ部を介して接続したダイポールアンテナからなる第２のアンテナとを備え、上部プリント基板と下部プリント基板との接続部に第１周波数帯への影響を排除するインピーダンス素子を挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、折り畳み型携帯端末に関する。

最近の携帯電話機には、地上デジタルテレビ放送の受信機能を搭載したモデルがある。この携帯電話機の地上デジタルテレビ用のアンテナは、ホイップアンテナを用いることが多い。この場合、ユーザは地上デジタルテレビ放送を視聴するために、その都度一々ホイップアンテナを伸ばさなければならならず、終了後はその都度一々ホイップアンテナを縮めなければならないため不便である。また、デザインにおいても、ホイップアンテナが筐体の外観に出るため自由度が少なくなることなどから、地上デジタルテレビ放送受信用のアンテナを内蔵化することが求められている。

地上デジタルテレビ放送受信用のアンテナを筐体内に内蔵化する方法として、例えば、上部筐体の上部プリント基板のＧＮＤ（グランド）と下部筐体の下部プリント基板のＧＮＤ（グランド）とを放射素子として利用しダイポールアンテナとして動作させる方法が知られている。

従来の折り畳み型携帯電話機では、第１のアンテナを下部筐体ヒンジ部に実装し、第２のアンテナとして上部プリント基板と下部プリント基板によるダイポールアンテナ（以下筐体ダイポールアンテナ）を実装しているものがある。

図８は、第１のアンテナと第２のアンテナとを同時に使用したときと、第１のアンテナのみを使用したときのアンテナ特性の比較を行った場合の説明図である。
図８において横軸は周波数を示し、縦軸は自由空間放射効率を示している。
ここでは、８００ＭＨｚ帯の筐体開時の特性を示している。
図８に示すように、第１のアンテナと第２のアンテナとを同時に使用した場合、アンテナ特性がほぼ−４ｄＢから−７ｄＢまで劣化してしまうことが分かる。これは、第２のアンテナを動作させるために、上部プリント基板と下部プリント基板とを接続することで、基板上の電流分布に変化が生じ、第１のアンテナの特性が劣化したと考えられる。

第２のアンテナを実装したままで、第１のアンテナの特性劣化を防ぐ方法として、図９に示すような上下接続の切り替え方方法が考えられる。
図９は、上部プリント基板と下部プリント基板との接続切替を行う上下接続切替回路の一例を示す図である。
図９に示す上下接続切替回路を用いた上下接続の切り替え方法は、上部プリント基板と下部プリント基板との接続部に上下接続切替回路を用意し、第１のアンテナ使用時には、ＰＩＮダイオードをＯＦＦさせ、上部プリント基板と下部プリント基板との接続を切り離す。第２の筐体ダイポールアンテナ使用時には、ＰＩＮダイオードをＯＮし、上部プリント基板と下部プリント基板とを接続するようにアンテナ選択信号でＰＩＮダイオードのＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、それぞれのアンテナが十分な特性を確保できるようにすることができる。

また、アンテナ切替技術についての一例が特許文献１〜３に記載されている。
特許文献１の「アンテナ制御方法」は、対象とする周波数帯がそれぞれ異なる複数のアンテナを備え、周波数帯のうちの所定の周波数帯で通信を行う場合、送信系は使用する周波数帯に対応するアンテナのみを使用し、受信系は使用する周波数帯に対応するアンテナと他のアンテナとの合成ダイバーシティを使用するものであり、以下のように動作する。

アンテナ制御方法は、第１のアンテナ、送受信回路は８００ＭＨｚ用、第２のアンテナ、送受信回路は２ＧＨｚ用である。８００ＭＨｚ帯でｃｄｍａ２０００ｌｘＥＶ−ＤＯ（以下、ＥＶ−ＤＯという）通信を行う場合は各スイッチの切り換えにより、第１のアンテナを送受信共用のメインアンテナ、第２のアンテナを受信専用のサブアンテナとして使用する。メインアンテナである第１のアンテナは８００ＭＨｚ用アンテナであるのでゲインの低下はなく、一方、第２のアンテナは２ＧＨｚ用であるために８００ＭＨｚの信号に対する感度は低い。しかし、サブアンテナが存在することによりダイバーシティの効果は期待できる。２ＧＨｚ帯でＥＶ−ＤＯ通信を行う場合は、第２のアンテナをメインアンテナとして、第１のアンテナをサブアンテナとして使用するとしている。

特許文献２の「携帯無線機」は、放射素子として作動する２つの基板と、２つの基板を接続する給電線路と、により構成されるダイポールアンテナを装備し、給電線路に接続された無線回路を備えた携帯無線機であって、各基板を、アンテナ長方向に少なくとも２つの分離基板部に分離してそれぞれ形成すると共に、各基板ごとに、分離基板部間を電気的に接続／切断する接続／切断手段を分離基板部間にそれぞれ備えたものであり、以下のように動作する。

携帯無線機は、携帯無線機を構成する２つの基板がダイポールアンテナの放射素子として作動し、無線通信が実現できる。そして、各基板をアンテナ長方向にそれぞれ２つ以上に分離して形成しており、かつ、これらの接続／切断が可能なよう構成しているため、各基板の分離基板部間を接続あるいは切断することで、ダイポールアンテナとして作動する基板の長さ、つまり、アンテナの全長を変更することができる。従って、少なくとも２通りの無線通信周波数にて利用可能となり、携帯無線機の利便性の向上を図りつつ、構成の簡易化、デザインの制約の抑制を図ることができるとしている。

特許文献３の「折畳み式携帯無線機」は、第１の筐体と第２の筐体とをヒンジ部で連結して、開閉自在な機構を有する折畳み式の携帯無線機であって、第２の筺体下部に設けられた第３のアンテナ素子と、第３給電部の幅方向において離間して対向する位置に、導電性の放熱シートと一体化された無給電素子をＧＮＤに接地し、第３のアンテナ素子と無給電素子の開放端での結合により、広帯域化を図るものであり、以下のように動作する。

折畳み式携帯無線機は、下筐体の下部に配置されたアンテナの広帯域化が図れ、かつ、下筐体の下部および上部に配置されたアンテナの待受け時の性能（特に、金属板上でのアンテナ利得）の向上が図れる。更に、本アンテナは省スペースで具現化できるとともに、他部品と共用するため、折畳み式携帯無線機を小型、かつ、薄型化することができるとともに、コストダウンも図れるとしている。
特開２００５−３４７７９１号公報特開２００７−７４３６６号公報特開２００７−２８８５６１号公報

しかしながら、テレビ視聴機能の付いた折り畳み型携帯電話機で、通信用にヒンジ部にアンテナを実装し、テレビ用に筐体ダイポールアンテナを実装した場合を考えると、上記図８に示す方法では、通信用のアンテナとテレビ用のアンテナを同時に使用することができないという問題が発生する。
また、特許文献１〜３に記載の技術では装置が複雑になってしまう。
そこで本発明は、簡単な構造で第１の周波数帯で用いられるンテナと第２の周波数帯で用いられる筐体ダイポールアンテナの両方のアンテナ特性を同時に確保することが可能な構成を提供することを目的とする。

本発明の装置は、上部プリント基板を内蔵した上部筐体と、下部プリント基板を内蔵した下部筐体とをヒンジ部で連結した折り畳み型携帯端末において、第１周波数帯で用いられる第１のアンテナと、第２周波数帯で用いられ、上部プリント基板と下部プリント基板とを導電性のヒンジ部を介して接続したダイポールアンテナからなる第２のアンテナとを備え、上部プリント基板と下部プリント基板との接続部に第１周波数帯への影響を排除するインピーダンス素子を挿入したことを特徴とする。

本発明によれば、第１周波数帯で用いられる第１のアンテナと、第２周波数帯で用いられ、上部プリント基板と下部プリント基板とを導電性のヒンジ部を介して接続したダイポールアンテナからなる第２のアンテナとを備え、上部プリント基板と下部プリント基板との接続部に第１周波数帯への影響を排除するインピーダンス素子を挿入したことにより、直列共振回路の共振周波数を第２の周波数に合わせることで、第２の周波数においてインピーダンスが低くなるので、上部プリント基板と下部プリント基板とを高周波で接続状態にすることができる。このようにすることで、上部プリント基板と下部プリント基板とを用いた筐体ダイポールアンテナを動作させることができる。並列共振回路は、共振周波数を第２周波数帯に合わせることで、インピーダンスが高くなるため、上部プリント基板と下部プリント基板との接続が第１周波帯では非接続状態にみせることができる。この結果、簡単な構造で第１の周波数帯で用いられるアンテナと第２の周波数帯で用いられる筐体ダイポールアンテナの両方のアンテナ特性を同時に確保することが可能となる。

以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明を行う。本実施の形態では折り畳み型携帯電話機の場合について説明する。
図１は、本発明に係る折り畳み型携帯電話機の構成を示す透視図である。
図１に示す折り畳み型携帯電話機は、上部筐体５と、下部筐体６と、端部が上部筐体５及び下部筐体６に接続され開閉する機構を有するヒンジ部７と、フレキシブル基板（例えば、ポリイミド基板）からなる上下基板接続部１０と、下部筐体６のヒンジ部７の近傍に配置された第１周波数帯用のアンテナ１１とで構成されている。
なお、上部筐体５には、上部プリント基板８や表示部１２などが収納され、下部筐体６には下部プリント基板９や電池１３などが収納され、ヒンジ部７には、導通をとることが可能な材質（例えば、ステンレス）からなるヒンジユニット４と、上下プリント基板８、９の接続部を通すためのサポート金具（図示せず）が収納されている。

また、本携帯電話機は、上部プリント基板８とヒンジユニット４とを接続する上部接続金具（例えば、銀メッキ銅板、もしくはステンレス板）２と、下部プリント基板９とヒンジユニット４とを接続する下部接続金具（例えば、銀メッキ銅板、もしくはステンレス板）３とを有している。また、本携帯電話機は、ＷＣＤＭＡの通信機能と地上デジタルテレビ放送の視聴機能を有しており、通信用の周波数は２ＧＨｚ帯（例えば、１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）を用いることとする。なお、地上デジタルテレビ放送の周波数は例えば、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚである。

図２は、図１に示した折り畳み型携帯電話機に用いられるヒンジ部周囲の構成を示した図である。
上部接続金具２と上部プリント基板８との間と、下部接続金具３と下部プリント基板９との間にインピーダンス素子１ａ、１ｂをそれぞれ配置している。上部プリント基板８と下部プリント基板９とを一対（図１では上下）の接続金具２、３とヒンジユニット４とを介して接続することでダイポールアンテナとして動作させている。

ここで、インピーダンス素子１ａ、１ｂは、上下の接続部（上部プリント基板８及び下部プリント基板９との接続部）に配置することが重要である。これは、ヒンジユニット４が上部プリント基板８および下部プリント基板９と接続しないように、宙に浮いた状態にすることで、アンテナ１１に対して、ヒンジユニット４をＧＮＤに見せないようにする（上部接続金具２と下部接続金具３とが１枚の連続した金属板の場合と比較して上部接続金具２と下部接続金具３とヒンジ部７との合計の見かけ上のインピーダンスを大きくする）ためである。このように構成することで、筐体ダイポールアンテナを構成しない場合と同じ条件を実現できる。

次にインピーダンス素子の動作について説明を行う。
図３は、本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるダイポールアンテナの構成を示す図であり、図４は、本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるインピーダンス素子の一実施例の構成を示している。
本インピーダンス素子は１ａ、１ｂ、チップコンデンサとチップコイルとを用いた直列共振回路と並列共振回路とを組み合わせた共振回路で構成されている。直列共振回路の共振周波数を地上デジタルテレビ放送の周波数に合わせることで、地上デジタルテレビ放送の周波数においてインピーダンスが低くなるので、上部プリント基板８と下部プリント基板９とを高周波では接続状態にすることができる。このように構成することで、上部プリント基板８と下部プリント基板９とを用いた筐体ダイポールアンテナを動作させることができる。

並列共振回路は、共振周波数を２ＧＨｚ帯に合わせることで、通信用の周波数においては、インピーダンスが高くなるため、上部プリント基板８と下部プリント基板９との接続が高周波では非接続状態にすることができる。

図５は、図４に示したインピーダンス素子のインピーダンスの一例を示したスミスチャートである。
図中のインピーダンス軌跡は４００ＭＨｚから２３００ＭＨｚまでの計算値であり、菱形印で示した範囲が地上デジタルテレビ放送の周波数帯（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）であり、丸印で示した範囲がＷＣＤＭＡの周波数帯（２ＧＨｚ帯：１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）を示している。
図５によると、菱形印はスミスチャートのＳＨＯＲＴ付近に調整されており、インピーダンスが低くなっていることが分かり、丸印はスミスチャートのＯＰＥＮ付近に調整されており、インピーダンスが高くなっていることが分かる。これは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域は高周波的には導通、ＷＣＤＭＡの２ＧＨｚ帯では高周波的には非導通になっていることを意味している。

このように、接続金具２、３とプリント基板８、９との間にインピーダンス素子１ａ、１ｂを配置することで、ヒンジ部に実装したアンテナと筐体ダイポールアンテナとの両方のアンテナ特性を同時に確保することができる。

図６は、本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるインピーダンス素子の他の実施の形態を示す構成図である。
図６に示す、第２の実施の形態では、通信用のアンテナは２ＧＨｚ帯（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）と８００ＭＨｚ帯（８３０ＭＨｚ〜８８５ＭＨｚ）との２つの周波数帯で動作することを想定している。その他の携帯電話機の構成要素は、図１、図２に示す第１の実施の形態と同様の構成となっている。
第２の実施の形態に示すインピーダンス素子は、直列共振回路と２つの並列共振回路とを組み合わせて共振回路を構成している。直列共振回路は地上デジタルテレビ放送の周波数帯域に共振周波数を合わせる。この直列共振回路と並列に置いたコンデンサでの組み合わせで、８００ＭＨｚ帯に共振周波数を合わせた並列共振回路を構成する。もう１つの並列共振回路は２ＧＨｚ帯に共振周波数を合わせる。

図７は、図６に示したインピーダンス素子のインピーダンスの一例を示したスミスチャートである。
図７中のインピーダンス軌跡は４００ＭＨｚから２３００ＭＨｚまでの計算値であり、菱形印で示した範囲が地上デジタルテレビ放送の周波数帯（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）であり、丸印で示した範囲がＷＣＤＭＡの周波数帯（２ＧＨｚ帯：１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）であり、×印で示した範囲がＷＣＤＭＡの周波数帯（８００ＭＨｚ帯：８３０ＭＨｚ〜８８５ＭＨｚ）を示している。
図７によると、菱形印はスミスチャートのＳＨＯＲＴ付近に調整されており、インピーダンスが低くなっていることが分かり、丸印と×印はスミスチャートのＯＰＥＮ付近に調整されており、インピーダンスが高くなっていることが分かる。これは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域では高周波的には導通になり、ＷＣＤＭＡの２ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯とでは高周波的に非導通になっていることを意味している。

このように、接続金具２、３とプリント基板８、９との間にインピーダンス素子１ａ、１ｂを配置することで、ヒンジ部４に実装したアンテナと筐体ダイポールアンテナとの両方のアンテナ特性を同時に確保することができる。
なお、これまで、インピーダンス素子の条件として、通信用のアンテナの帯域においてインピーダンスを高くし、筐体ダイポールアンテナの帯域においてインピーダンスを低くすることを説明したが、必ずこのように調整を行うとは限らない。携帯電話機の部品の実装条件や、アンテナの配置、筐体ダイポールアンテナ構成のための上下接続方法、インピーダンス素子の実装位置などの要因により、インピーダンス素子の構成は適宜、調整する必要がある。筐体ダイポールアンテナが、通信用のアンテナの性能を落とさないようにインピーダンス素子を調整することが重要である。

〔発明の効果〕
上部プリント基板と下部プリント基板とによるダイポールアンテナを構成した場合において、上下の接続部にインピーダンス素子を配置することで、ヒンジ部に実装したアンテナと筐体ダイポールアンテナとの両方のアンテナ特性を同時に確保することができる。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
例えば、本発明を折り畳み型のＰＤＡ(Personal Digital Assistant)に適用してもよい。

本発明に係る折り畳み型携帯電話機の構成を示す透視図である。図１に示した折り畳み型携帯電話機に用いられるヒンジ部周囲の構成を示した図である。本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるダイポールアンテナの構成を示す図である。本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるインピーダンス素子の一実施例の構成を示す図である。図４に示したインピーダンス素子のインピーダンスの一例を示したスミスチャートである。本発明に係る折り畳み型携帯電話機に用いられるインピーダンス素子の他の実施の形態を示す構成図である。図６に示したインピーダンス素子のインピーダンスの一例を示したスミスチャートである。第１のアンテナと第２のアンテナとを同時に使用したときと、第１のアンテナのみを使用したときのアンテナ特性の比較を行った場合の説明図である。上部プリント基板と下部プリント基板との接続切替を行う上下接続切替回路の一例を示す図である。

符号の説明

１ａ、１ｂインピーダンス素子
２上部接続金具
３下部接続金具
４ヒンジユニット
５上部筐体
６下部筐体
７ヒンジ部
８上部プリント基板
９下部プリント基板
１０上下接続基板
１１アンテナ
１２表示部
１３電池

Claims

上部プリント基板を内蔵した上部筐体と、下部プリント基板を内蔵した下部筐体とをヒンジ部で連結した折り畳み型携帯端末において、
第１周波数帯で用いられる第１のアンテナと、第２周波数帯で用いられ、前記上部プリント基板と前記下部プリント基板とを導電性のヒンジ部を介して接続したダイポールアンテナからなる第２のアンテナとを備え、前記上部プリント基板と前記下部プリント基板との接続部に前記第１周波数帯への影響を排除するインピーダンス素子を挿入したことを特徴とする折り畳み型携帯端末。
前記インピーダンス素子は、前記上部プリント基板及び前記下部プリント基板のアースパターンにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１記載の折り畳み型携帯端末。
前記インピーダンス素子は、直列共振回路と並列共振回路とを直列接続したものであることを特徴とする請求項２記載の折り畳み型携帯端末。
前記インピーダンス素子は、並列共振回路と並列共振回路とを直列接続したものであることを特徴とする請求項２記載の折り畳み型携帯端末。
前記上部プリント基板側のインピーダンス素子と前記ヒンジ部との間、前記下部プリント基板側のインピーダンス素子と前記ヒンジ部との間をそれぞれ金具で接続したことを特徴とする請求項３または４記載の折り畳み型携帯端末。
前記直列共振回路及び前記並列共振回路は、チップコンデンサ及びチップコイルで構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の折り畳み型携帯端末。