JP2009212971A - Radio apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は無線装置に係り、特に、アンテナを筐体に内蔵した無線装置に関する。 The present invention relates to a wireless device, and more particularly to a wireless device having an antenna built in a housing.
携帯電話機をはじめとする無線装置は、筐体の小型化、薄型化、軽量化(いわゆる軽薄短小化)が進められている。その一環として、無線装置の筐体の面に取り付けられる表示装置についても、液晶表示装置(LCD)だけでなく有機エレクトロルミネセンス(EL)のような薄型デバイスの実用化が進められている。 Wireless devices such as mobile phones are being made smaller, thinner, and lighter (so-called lighter, thinner and shorter). As part of this, not only a liquid crystal display (LCD) but also a thin device such as an organic electroluminescence (EL) has been put into practical use for a display device attached to the surface of a casing of a wireless device.
このような薄型の表示装置を取り付けてもなお筐体の機械的強度を保つには、筐体の少なくとも表示装置を取り囲む部分を金属で形成することが有用である。この例にとどまらず、筐体のかなりの部分又は全部を金属で形成したものも知られている。 In order to maintain the mechanical strength of the housing even when such a thin display device is attached, it is useful to form at least a portion of the housing surrounding the display device with metal. In addition to this example, there is also known one in which a substantial part or all of the casing is made of metal.
ところで、無線装置の軽薄短小化に重要なもう1つの要素として、アンテナを筐体に内蔵することが挙げられる。無線装置のアンテナを内蔵する形態は、アンテナの一部又はかなりの部分が筐体外に突出し又は引き出されるような従来の形態に比べて、外観のスマートさや取り扱いの容易さの面で優れ、軽薄短小化に有用である。 By the way, as another element important for making the wireless device lighter, thinner, and smaller, it is possible to include an antenna in the housing. The form of the wireless device with a built-in antenna is superior to the conventional form in which a part or a substantial part of the antenna protrudes or is pulled out of the housing, and is smarter in appearance and easier to handle. It is useful for conversion.
しかし、アンテナを金属で形成された筐体に内蔵した場合には、筐体が電波の遮へい物として作用するため、所要の放射パターン特性を得ることが難しくなるという問題がある。従来このような問題は、携帯電話機に限らず、無線通信機能を備えたパソコンや自動車内のハンズフリー通話装置等の分野で検討されてきた(例えば、特許文献1又は特許文献2参照。)。
However, when the antenna is built in a housing made of metal, there is a problem that it is difficult to obtain a required radiation pattern characteristic because the housing acts as a radio wave shield. Conventionally, such problems have been examined not only in mobile phones but also in the fields of personal computers equipped with wireless communication functions, hands-free call devices in automobiles, etc. (see, for example,
上記の特許文献1に開示された技術は、パソコン等の表示部を導電性の筐体内に有する電子機器にアンテナを配置する場合に、アンテナを表示パネルの背部に取り付け、表示部筐体のアンテナの実装領域の周囲に開口部を持たせることにより該開口部方向の利得を確保するものである。
In the technique disclosed in
上記の特許文献2に開示された技術は、自動車内のハンズフリー通話のためダッシュボードの金属筐体内に車室内無線装置を設ける場合に、該無線装置のアンテナ素子の前面に位置する金属筐体の部分に開口部を形成することにより該開口部方向の利得を確保するものである。
上述した特許文献1又は特許文献2に開示された従来の技術は、携帯電話機等に比べればサイズが大きく、実装スペースの余裕がある装置に適用されるものである。そのため、特許文献1又は特許文献2においては、開口部のサイズやアンテナとの位置関係を細かく規定しないか、又は使用周波数の1波長程度の開口部サイズを規定することが記載されている。
The conventional technique disclosed in
しかし、携帯電話機のように場合によっては波長より短いサイズを持つ無線装置に関しては、このような規定のし方は大まかに過ぎ、適用することができないという問題がある。 However, in some cases, such as a cellular phone, a wireless device having a size shorter than the wavelength has such a problem that such a method of definition is only rough and cannot be applied.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、金属等の導電性材料を有して形成された筐体に内蔵されたアンテナの所定方向の利得を確保することのできる無線装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and provides a radio apparatus capable of ensuring a gain in a predetermined direction of an antenna built in a housing formed of a conductive material such as metal. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明の無線装置は、導電性材料を有して形成された1の面の一部に穿孔された筐体と、前記筐体に内蔵され、前記筐体に設けられた給電箇所に接続されると共にサイズにより定まる共振周波数を有し、かつ、前記共振周波数において給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、前記筐体の1の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたアンテナとを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wireless device of the present invention includes a housing that is perforated in a part of one surface formed of a conductive material, and is incorporated in the housing. A portion in the vicinity of a portion having a resonance frequency that is connected to a provided feeding point and has a resonance frequency determined by a size, and where a voltage maximum value is distributed when the feeding is performed at the resonance frequency is a surface of the
本発明によれば、無線装置の筐体の導電性材料の一部に穿孔して該穿孔と筐体内蔵アンテナの位置関係を選ぶことにより、当該内蔵アンテナの所定方向の利得を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to secure a gain in a predetermined direction of the built-in antenna by perforating a part of the conductive material of the housing of the wireless device and selecting the positional relationship between the perforation and the antenna built-in the housing. it can.
以下、図1ないし図9を参照して本発明の実施例を説明する。なお以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直(鉛直)をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直(鉛直)を意味するものとする。また、各図の間で共通の符号は、同一の構成を表すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, when referring to the following figures, up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) means up, down, left, right, horizontal, vertical (vertical) on the paper on which the figure is represented, unless otherwise specified. . Moreover, the code | symbol common between each figure shall represent the same structure.
図1は、本発明の実施例に係る無線装置1の主要な構成を表す図である。無線装置1は、一例として、第1筐体11と第2筐体12が接続部13を介して開閉可能に係合することにより構成された携帯電話機である。なお、第1筐体11と第2筐体12の開閉は、図1に表すような折りたたみ型方式のほか、2軸ヒンジ型やスライド型その他の方式によってもよい。なお、無線装置1を構成する筐体の数は2に限らず、1又は3以上であってもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a
第1筐体11の紙面における手前側の面(第1筐体11と第2筐体12を開いて使用するとき使用者の側を向く面)には、例えば液晶又は有機エレクトロルミネセンス(EL)のようなデバイスからなる表示部14が取り付けられている。表示部14は薄型に構成されているから、図1でハッチングを施した第1筐体11の少なくとも表示部14を取り囲む部分(表示周囲部11aという。)は、機械的強度を保つために例えばマグネシウム等の金属(導電性材料)によって形成されている。
For example, liquid crystal or organic electroluminescence (EL) is provided on the front surface of the first housing 11 (the surface facing the user when the
第1筐体11は、破線で表した第1基板15を内蔵している。第2筐体12は、破線で表した第2基板16を内蔵している。表示周囲部11aの上方の一部に、穿孔17が設けられている。穿孔17は金属が取り除かれた孔であって、防塵のため誘電性の材料等によって埋められていてもよい。
The
図2は、第1筐体11に含まれる主要な構成の位置関係を図1に表したブロック矢印の向きに見て表す図(側面図)である。図2において符号11ないし17を付して表した構成は、図1にそれぞれ同じ符号を付して表したものであるから、説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram (side view) illustrating the positional relationship of the main components included in the
第1基板15の上方の一部に、第1基板15又は第2基板16に設けられた図示しない無線回路と電気的に接続された給電箇所19が設けられている。第1筐体11の上方に、給電箇所19に接続されたアンテナ20が配設されている。本実施例では、アンテナ20は例えば全地球測位システム(GPS)受信用のアンテナであって、表示周囲部11aのなす面に略垂直な(図2のブロック矢印と逆の)向きの指向性の確保を必要とされるものと仮定する。
A
図3は、第1筐体11に含まれる主要な構成の位置関係を図2に表したブロック矢印の向きに(表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から)見て表す図(正面図)である。図3において符号11aないし20を付して表した構成は、図1又は図2にそれぞれ同じ符号を付して表したものであるから、説明を省略する。なお、第1基板15は破線で表している。
FIG. 3 is a diagram (front view) showing the positional relationship of the main components included in the
図3に示すように、アンテナ20の一端は給電箇所19に接続され、他端は開放されている(開放端と呼ぶ。)。アンテナ20の開放端は、表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔17の内側に位置している。
As shown in FIG. 3, one end of the
無線装置1の表示周囲部11aに穿孔17を設けて、表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たときアンテナ20の開放端が穿孔17の内側に位置するように配設した構成の効果について、図4ないし図6を参照して説明する。図4は、無線装置1のアンテナ放射パターンの測定例を図1におけるブロック矢印の方向から見て実線の曲線により表すもので、金属製の表示周囲部11aに穿孔17を設けない場合の測定例を比較のために破線の曲線により併せて示した図である。
A configuration in which a
図4の同心円は、中心に置かれた無線装置1のアンテナ放射パターンの電力レベルを5デシベル(dB)ステップで表す。同心円の中心から上方を見る向きが、表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向にほぼ相当する。当該方向において、実線の放射パターンは破線の放射パターンに比較して約4dB改善されていることがわかる。また、他の方向においても、実線の放射パターンが破線の放射パターンに比較して概ね改善されていることがわかる。
The concentric circles in FIG. 4 represent the power level of the antenna radiation pattern of the
図5は、無線装置1のアンテナ20のインピーダンス特性の測定例を表すスミス線図と、給電箇所19から見た電圧定在波比(VSWR)の周波数特性の測定例を表す図である。VSWRのグラフの横軸は周波数(1ギガヘルツ(GHz)から2GHzの範囲、0.1GHzステップ)、縦軸はVSWRの値(1から11の範囲、1ステップ)を表す。
FIG. 5 is a Smith diagram illustrating an example of measurement of impedance characteristics of the
図6は、金属製の表示周囲部11aに穿孔17を設けない場合の、図5と同様のインピーダンス特性及びVSWR特性の測定例を表す図である。VSWRのグラフの横軸、縦軸は、図5と同じである。図5を図6と比較すると、測定結果に有意な差は見られず、表示周囲部11aの穿孔17の有無がアンテナのインピーダンス特性及びVSWR特性に影響しないことがわかる。
FIG. 6 is a diagram illustrating measurement examples of impedance characteristics and VSWR characteristics similar to those in FIG. 5 when the
図7ないし図9を参照して、穿孔17の形状及びアンテナ20に対する位置関係と、表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向へのアンテナ放射パターンの改善(図4を参照して述べたように、穿孔17を設けない場合との比較をいう。)との関連をシミュレーションにより評価した例を説明する。図7は、穿孔17を設けない(表示周囲部11aの全部を例えばマグネシウムのような金属で構成する)場合と、穿孔17が正方形の場合と、穿孔17が円形の場合に分けて(横軸に、各場合を表す。)、上記のアンテナ放射パターンの改善のレベル(縦軸にdB単位で表す。)を比較するシミュレーション例を表す図である。
7 to 9, the shape of the
シミュレーションの条件として、アンテナ20の形状は図3に示したのと同じ倒置L字型とし、その縦方向及び横方向の長さをそれぞれ15ミリメートル(mm)及び28mmとする。周波数は約1.5GHzとする。アンテナ20を表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき、開放端から100分の1波長相当までの範囲が穿孔17の内側に位置するものとする。
As a simulation condition, the
図7に表したシミュレーション例によれば、穿孔17の形状の相違(正方形か、円形か)は、アンテナ放射パターンの改善レベルに大きく影響しないことがわかる。 According to the simulation example shown in FIG. 7, it can be seen that the difference in the shape of the perforations 17 (square or circular) does not significantly affect the improvement level of the antenna radiation pattern.
図8は、アンテナ20の開放端を含めてどこまでの素子長の範囲が表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔17の内側に位置するか(横軸に、波長(記号λで表す。)を基準とする長さで表す。)によって、アンテナ放射パターンの改善のレベル(縦軸にdB単位で表す。)を評価するシミュレーション例を表す図である。シミュレーションの条件のうち、アンテナ20の形状、寸法及び周波数は図7の場合と同じである。穿孔17の形状は、正方形である。
FIG. 8 shows how far the element length range including the open end of the
図8に表したシミュレーション例によれば、無線装置1を表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき、アンテナ20の開放端を含めて400分の1波長相当以上の素子長が穿孔17の内側に位置するように構成されていれば、1dB以上の改善が得られることがわかる。
According to the simulation example shown in FIG. 8, when the
図9は、アンテナ20の開放端からどこまでの素子長の範囲の少なくとも一部が無線装置1を表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔17の内側に位置するか(換言すれば、穿孔17の位置を開放端から給電箇所19に近づく向きにどこまでオフセットさせられるかに関係する。横軸に、波長(記号λで表す。)を基準とする長さで表す。)によって、アンテナ放射パターンの改善のレベル(縦軸にdB単位で表す。)を評価するシミュレーション例を表す図である。シミュレーションの条件のうち、アンテナ20の形状、寸法及び周波数は図7の場合と同じである。穿孔17の形状は、正方形である。
FIG. 9 shows that at least a part of the range of the element length from the open end of the
図9に表したシミュレーション例によれば、無線装置1を表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たとき、アンテナ20の開放端から50分の1波長相当までの範囲の少なくとも一部が穿孔17の内側に位置するように構成されていれば、1.5dB以上の改善が得られることがわかる。
According to the simulation example shown in FIG. 9, when the
以上の説明では、無線装置1を表示周囲部11aのなす面に略垂直な方向から見たときアンテナ20の開放端又はその近傍の部分が、表示周囲部11aに設けた穿孔17の内側に位置するものとした。アンテナ20は先端開放の4分の1波長モノポールアンテナとして動作するから、開放端はアンテナ20が給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所に当る。この点をより一般的に表現すると、アンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、所要のアンテナ指向性を必要とする方向から見たとき筐体に設けられた穿孔の内側に位置するように無線装置を構成すればよい。
In the above description, when the
アンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所は、例えば素子長が4分の1波長の3以上の奇数倍に相当する場合のように、開放端とは限らない。また、アンテナのタイプも先端開放モノポール型に限る必要はない。 The portion where the maximum value of the voltage is distributed when the antenna is fed is not always an open end, for example, when the element length corresponds to an odd multiple of 3 or more of a quarter wavelength. Also, the antenna type need not be limited to the monopole type with an open tip.
本発明の実施例によれば、少なくとも一部の面が金属で形成された筐体に内蔵されたアンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、無線装置を当該金属で形成された面に略垂直な方向から見たとき金属部分に設けた穿孔の内側に位置するように構成することにより、穿孔がない場合に比べて当該方向のアンテナ放射パターンを改善することができる。また、他の方向においても同様に、アンテナ放射パターンを改善することができる。 According to the embodiment of the present invention, when an antenna built in a housing having at least a part of a surface formed of metal is fed, a portion in the vicinity of a place where a maximum value of voltage is distributed Improve the antenna radiation pattern in the direction compared to the case where there is no perforation by configuring it so that it is located inside the perforation provided in the metal part when viewed from a direction substantially perpendicular to the surface made of metal Can do. Similarly, the antenna radiation pattern can be improved in other directions.
なお以上の実施例の説明において、無線装置、筐体、アンテナ等の形状、構成、寸法、接続、評価に用いた周波数の値、アンテナ指向性の方向等は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。 In the description of the above embodiments, the shape, configuration, dimensions, connection, frequency value used for evaluation, direction of antenna directivity, etc. are examples, and the gist of the present invention is described. Various modifications are possible without departing from the scope.
1 無線装置
11 第1筐体
11a 表示周囲部
12 第2筐体
13 接続部
14 表示部
15 第1基板
16 第2基板
17 穿孔
19 給電箇所
20 アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記筐体に内蔵され、前記筐体に設けられた給電箇所に接続されると共にサイズにより定まる共振周波数を有し、かつ、前記共振周波数において給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、前記筐体の1の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたアンテナとを
備えたことを特徴とする無線装置。 A housing perforated in a portion of one surface formed with a conductive material;
In the vicinity of a portion that is incorporated in the housing, has a resonance frequency determined by size and is connected to a power feeding location provided in the housing, and where the maximum value of the voltage is distributed when power is fed at the resonance frequency And an antenna disposed so as to be positioned inside the perforation when viewed from a direction substantially perpendicular to one surface of the casing.
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