JP2009253629A - 携帯無線端末の付属装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯端末のアンテナ利得の低下を防止する新たな手段を提供する。
【解決手段】付属機器は、携帯電話のアダプタに接続される給電用コネクタ１１、充電ケーブル１２、家庭用のコンセントに接続されるプラグ１３から構成される携帯電話の充電用付属機器である。ここで、付属機器は、ケーブル１２の一部が給電用コネクタ１１に近い部分１１ａにおいてコイル状に固定されている（１４ａ）。例えば、内部に空洞を有する樹脂製の固定具１４ｂにコイル１４ａが収容されて固定されるようになっている。固定具１４ａの両端には、ケーブル１２を通すための貫通孔１４ｃ・１４ｄが設けられている。コイル１４ａは、充電ケーブル１２の給電用コネクタ１１に近い部分に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は携帯無線端末の付属装置に関する。

携帯電話に実装されるアンテナは、１／４波長モノポールアンテナ、逆Ｌアンテナ、逆Ｆアンテナ等が多く使用されており、これらのアンテナは筐体側にも電流を流すことで筐体をアンテナの一部として使用している。ところで、近年の携帯電話やアンテナの小型化の要望により、筐体の形状を最適化することによってアンテナを小型化してもアンテナの性能を良好にする工夫が多くなされている。そのため充電器やイヤホン等が携帯電話に接続されると、筐体のグランドの形状が変化してしまうため、アンテナの共振周波数の変化や、アンテナ利得が劣化する等の要因によって受信感度が低下する等の悪影響が生じる。このような影響を除去するための技術としては、下記特許文献１及び特許文献２に記載されている。

特開平１１−３４１１２６号公報 特開２００５−８６９３９号公報

上記特許文献１に記載された技術は、携帯無線機の充電端子用端子と接続するＡＣチャージャーの出力端子とＡＣチャージャーの出力回路との間に、フェライトコア、フェライトビーズ等を挿入するものである。これにより、携帯無線機からＡＣチャージャーに流出する高周波電流を遮断することによってグランド電流の乱れによるアンテナ利得の低下を防ぐものである。

しかしながら、この技術を実際に使用すると、ＡＣチャージャーのライン充電用の直流大電流が流れるため、これに対応するためのフェライト材は外形が大きくなってしまうこと、また周波数が高くなるとフェライト材のインピーダンスは低くなってしまうため２ＧＨｚ等の比較的高い周波数で通信を行う場合には、十分に効果が得られないなどの問題がある。

また、特許文献２に記載された技術は、特許文献１で使用されているフェライト材の代わりに並列共振回路等を使用することでＡＣチャージャーの出力端子とＡＣチャージャーの出力回路とを高周波的に切断したものであり、アンテナが使用する周波数で、グランドとＡＣチャージャーを切断することにより上記特許文献１と同様の効果を得ようとするものである。

しかしながら、この技術に関しても、並列共振回路を使用するため、広い帯域で高周波電流を切断するのは容易ではなく、広帯域で高周波電流を切断するためには、使用するインダクタの定数を大きくし、かつ、コンデンサの定数を小さくする必要があり、それによって並列共振回路の抵抗値が大きくなってしまう。その結果として大きな電流を流すことができなくなり、マルチバンド対応とするために複数の並列共振回路を入れることによって、抵抗値がより大きくなり、実際には電気的に開放端に見せることは難しいという問題があった。尚、使用するインダクタをＱ値が大きいものを使用することにより、上記問題に対して多少の改善が得られることは考えられるが、そのようなインダクタは高価である。さらに、類似技術としては、並列共振回路の代わりにチョークコイルを使用する技術があるが、この場合も、同様にインダクタの値が大きくなるとコイルの内部抵抗値が大きくなるため、大電流を流すことができないという問題がある。

本発明は、携帯端末のアンテナ利得の低下を防止する新たな手段を提供することを目的とする。

本発明における充電器やイヤホン等の付属装置は、ケーブルの一部がコイル状で固定されている。このコイル状の部分の径と巻き数によってケーブルを高インピーダンスすることによってアンテナの筐体電流がケーブルに流れるのを防ぐ。

本発明の携帯無線端末の付属装置はケーブルの一部をコイル状に固定することによりケーブル自体が誘導性を有し、携帯無線端末が通信或いは受信に使用する周波数で付属装置が接続される携帯無線端末の回路基板から見た付属装置のインピーダンが大きくなり、回路基板、つまりアンテナのグランドから付属装置にアンテナの筐体電流が流れにくくなる。これによって筐体に流れるアンテナの筐体電流も付属装置には流れなくなり、アンテナの筐体電流を乱すことが無くなる。以上のように付属装置を接続することによるアンテナ利得の低下を防ぐことができる。

また特許文献１、２とは異なり新たに基板や部品を追加必要がないため、コストがかからないという利点もある。さらにチップ部品を使用しないため、内部抵抗によって直流大電流を流しても問題は生じない。さらに特許文献１、２では充電器の信号ラインとグランドラインのそれぞれに対してフェライトビーズや並列共振回路を入れているため、信号ラインとグランドラインの電気的な長さの違いや上記部品を入れる位置等で位相差が生じ、期待された効果で得られないことがあるが、本発明では平行に配置された信号ライン及びグランドラインを一体としてコイル状に固定するため前述のような問題は生じることがない。

本発明の実施の形態について説明する前に、発明者の行った考察についてまず説明を行う。一般的な携帯電話などの携帯無線端末は、充電用の付属装置などによるバッテリーの充電中であっても、通話やデータ通信のための待ち受けを行うことができる受信モードとして動作することができ、また、充電しながらデータ通信や通話を行うこともできるようになっている。

さらに、最近では、音楽プレイヤーやワンセグなど様々な機能が携帯電話に組み込まれており、ケーブルやクレードルにより携帯電話のバッテリーを充電しながらワンセグを視聴する動作、イヤホンを携帯電話のイヤホンジャックに指しながら（音楽等を試聴しながら）データ通信を行なうマルチ動作等のマルチ機能（タスク）動作が可能であり、充電用の電源ケーブルやイヤホンなどの携帯電話の付属装置を使用しながら無線通信や電話の受信などを行なう機会も多くなってきている。

イヤホンや充電器が、携帯電話に接続されると、これらの内部の金属部材は回路基板と直接或いは容量を介して接続される。発明者は、このような状態を積極的に利用して、携帯電話のアンテナ利得の低下を防止することを考えた。

また、コイルの線間が近接することによって、容量が発生する。従って、巻き数Ｎのコイルは、Ｌ１からＬＮまでの直列接続されたコイルと、Ｌ２からＬＮまでのそれぞれのコイルに並列に設けられるＣ１からＣＮ−１の容量と、からなる等価回路で表され、ＬとＣとをまとめるとインダクタンスＬのコイルと、これと並列に接続されるキャパシタンスＣとの並列接続で表され、高インピーダンスな回路を簡単に形成することができる。

以下、上記の考察に基づき、本発明の一実施の形態による携帯端末の付属装置について図面を参照しながら説明を行う。図１（ａ）は、本発明の第1の実施の形態による形態電話の付属機器の一例を示す図である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態による付属機器は、携帯電話のアダプタに接続される給電用コネクタ１１、充電ケーブル１２、家庭用のコンセントに接続されるプラグ１３から構成される携帯電話の充電用付属機器である。ここで、本実施の形態による付属機器は、ケーブル１２の一部が給電用コネクタ１１に近い部分１１ａにおいてコイル状に固定されている（１４ａ）。例えば、内部に空洞を有する樹脂製の固定具１４ｂにコイル１４ａが収容されて固定されるようになっている。固定具１４ｂの両端には、ケーブル１２を通すための貫通孔１４ｃ・１４ｄが設けられている。コイル１４ａは、充電ケーブル１２の給電用コネクタ１１に近い部分に設けられている。図１（ｂ）は、図１（ａ）の構成において、充電ケーブル１２の一部をコイル状にする部分１４ａを、給電用コネクタ１１に近い部分１１ａからややプラグ１３側に離した位置に設けている。尚、図１（ｂ）においては、コイル１４ａを接着材で固定する構成を有しているが、これはコイル１４ａの固定方法の変形例を示すものであり、コイル１４ｂの位置とは関係ない。

図２は、図１（ａ）に示した充電器を携帯電話１４に接続した様子を示す図であり、図３は、携帯電話のアンテナの利得の周波数特性例を示したグラフである。

また、図４は、一般的な充電器の構成例を示した図であり、図５及び図６は、一般的な携帯電話の一例を示した図である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態による充電器は、図４に示すような従来の一般的な充電器と同様に、携帯電話を充電するための給電用コネクタ１１と家庭用のＡＣ電源に差し込むためのプラグ１３と、給電コネクタ１１及びプラグ１３に内蔵される図示しない回路部材と、これらをつなぐ充電ケーブル１２などから構成されており、充電ケーブル１２の一部がコイル状に巻かれた状態で固定されている（１４ａ）。

図２は本実施の形態による充電器と、それを使用することが可能な携帯電話１４とを接続する様子の一例を示す図である。携帯電話１４は、２ＧＨｚ帯を使用して通信を行なうＷＣＤＭＡ方式の携帯電話であり、一般的な表示部１７と操作部１８とを有し、アンテナ１６を使用して通信を行なうものである。尚、アンテナ１６は、例えば、２ＧＨｚ帯で放射特性が良好となるように設計させているものである。

携帯電話を、図４に示すような一般的な充電器と接続すると、携帯電話の筐体のグランドと充電器とが接続されるため、充電器にアンテナの筐体電流が流れてしまい、アンテナの筐体電流が乱れ、図３（ａ）に示すように、ある特性周期でアンテナの利得が劣化したり、周波数特性が変化するなどの現象が生じる。図３（ａ）では、符号Ｂ１（ｆ１）、Ｂ２（ｆ２）に示すように、特性が使用周波数帯域内において劣化している。

一方、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態による充電器を使用すると、コイル１４ａにより充電ケーブル１２自体が誘導性を有することになり、携帯電話の筐体からみた充電器のインピーダンスが高周波において非常に大きくなり、筐体のグランドから充電器には電流が流れにくくなり、図３（ｂ）に示すように、充電器を接続してもアンテナの性能の劣化はほとんどなくなることがわかる。このように、アンテナの筐体電流が乱されることが無くなるため、充電器を使用している場合でもアンテナの利得が低下する可能性が少なくなる。

尚、コイルとインダクタンスとの関係は簡易的には、下記の式で表される。
L = （k×μ₀×π×a ×n）／b
ここで、
K：長岡係数
μ₀：真空の透磁率
a：コイルの半径
b：コイルの長さ
n：コイルの巻数
である。

また、コイルには線間容量が生じる。このリアクタンスをCとすると実際には各線間に容量が入るためさらに複雑な計算になるが簡易的に計算すると、下記の周波数ωでインピーダンスは無限大になる
ω=1／(2×π×√L×√C)

ここで、上記のコイルのパラメータ設計指針としては、通信で使用する周波数の中心周波数となるように調整することが望ましい。但し、使用する周波数が上記ωからずれていても、高周波的に高インピーダンスとなる場合も効果が得られる。

また、携帯電話には、図５に示すように、筐体５０がストレート型で、筐体５０の下部に操作部５１、上部に表示部５３、上端部にアンテナ５６が設けられ、上方側部に充電コネクタ５５が設けられている構造のものがある。さらに、図６に示すように、上筐体６１と下筐体６２とがヒンジ６７により折り畳み可能に構成されており、下筐体６２に操作部６４と、内蔵アンテナ６６と、充電コネクタ６５とが設けられ、上筐体に表示部６０が設けられている構成を有するものもある。

図５、図６では、充電コネクタ及びアンテナの位置関係が異なるが、充電コネクタ及びアンテナはどの位置にあっても、上記と同様の効果があり、アンテナは内蔵式であっても同様の効果がある。

また、ケーブルの携帯電話に接続される側の一端をコイル状にした場合に効果が最も発揮されるが、図１（ｂ）に示すように、一端から少し離れた場所など、別の場所にコイルを設けても効果がある。

尚、本実施の形態においては、ＷＣＤＭＡ用の携帯端末を例にして記載しているが、コイル状にした部分のパラメータを調整することにより、ワンセグ、ラジオ、セルラー、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＰＳ等のほとんどの通信機能を有する携帯無線端末用において、充電ケーブルを接続しても、アンテナ性能が劣化しない充電器として使用することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態の変形例による携帯電話の付属装置について図面を参照しながら説明を行う。本変形例による携帯電話の付属部品は、イヤホンや外部アンテナ等の携帯電話に接続される付属品であり、そのケーブルを螺旋状に固定することにより第１の実施の形態の場合と同様の効果をえることができる。図９は、携帯電話に接続するための接続コネクタ９１とハウジング部９３とを備えたイヤホンのイヤホンケーブル９２において、接続コネクタ９１の近くのイヤホンケーブル９２の一部が、コイル９４状に固定されている例を示した図である。このようなイヤホンを携帯電話に接続し、音楽を試聴している場合などにおいても、コイル９４を設けることにより、アンテナ性能が劣化しない充電器として使用することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態による携帯電話の付属装置について図面を参照しながら説明を行う。図７は、本発明の第２の実施の形態による携帯電話の付属装置の一構成例を示す図であり、携帯電話７４がホルダ７７を介して充電器によって充電されている様子を示す図である。図８は、各コネクタ及び端子の配線を示した機能ブロック図である。

本実施の形態は充電器自体は、上記の第１の実施の形態と同じであるが、携帯電話を保持するためのホルダ７７を介して携帯電話に充電を行なう構成となっている。このような構成も充電の一形態として一般的である。ホルダ７７は、充電器と接続するための充電用コネクタ７５と、携帯電話７４と電気的に接続するための第１の給電端子８５と第２の給電端子８６と、を内蔵しており、充電用コネクタ７５と、第１の給電端子８５及び第２の給電端子８６は、内部の配線によって接続されている。

充電器とホルダ７７とは、給電用コネクタ７１と充電用コネクタ７５で接続されており、ホルダ７７と携帯電話７４とは、携帯電話７４をホルダ７７に収容した時に、第１のコネクタ給電端子８１と第１のコネクタ充電端子８３及び第２のコネクタ給電端子８１と第２のコネクタ充電端子８４とが接続されるようになっている。

一般的に、携帯電話の充電端子は、ホット端子とグランド端子とがあり、本実施の形態では、図８に示すように、第１の充電端子８７をホット端子、第２の充電端子８８をグランド端子とする。また、ホルダ７７内の構造は、図８に示すように、第１の給電端子８５と第１コネクタ充電端子８３とが、第１の配線８０９によって接続され、第２の給電端子８６と第２のコネクタ充電端子８４とが第２の配線８１０によって接続されている。前述のホルダ７７の構造は簡易的なものであり、それぞれの配線の中にチップ部品などが入っていても良い。

本実施の形態による付属装置においては、第1の実施の形態と同様に、携帯電話にホルダ及び充電器が接続された場合に、充電器側に高周波電流が流れにくい構造にすることにより充電器側にアンテナの筐体電流が流れるのを防ぎ、ホルダに携帯電話を保持した状態で充電を行なっていても、アンテナの性能が劣化することはないという利点がある。

図１０は、本発明の第３の実施の形態による携帯電話の付属装置の構成例を示す図である。図１０に示すように、本実施の形態による携帯電話の付属装置において、対象となる携帯電話には、ワンセグなどのテレビ受信機が内蔵されており、テレビ用アンテナ１０６を搭載した携帯電話において、図９に示したコイル付きのイヤホンが接続されている様子を示す図である。

イヤホン自体の構成は、図９に示したイヤホンと同じ構成であり、得られる効果自体も基本的には同じである。図１０に示すように、イヤホンの接続コネクタ１０１は、携帯電話１０７に内蔵されるイヤホン用のコネクタ１０４と接続されるようになっている。テレビジョンやラジオなどの受信周波数は、携帯電話の通話・通信用の周波数と比較すると、比較的低い周波数帯が使用されている。従って、一般的に、アンテナ特性を良好にするために、筐体に積極的に筐体電流を流しアンテナとして動作させる工夫がなされている。

そのため、セルラーのアンテナと比較すると、付属装置の接続によるアンテナ特性の影響がより大きくなる。そこで、本実施の形態によるイヤホンケーブル１０２を用いることによって、テレビ受信用のアンテナの特性を大幅に改善することができる。またテレビ受信用のアンテナは、内蔵アンテナでも良いし、第１の筐体１０８から第２の筐体１０９にかけて内蔵される回路基板或いは第２の筐体１０９に内蔵される回路基板等の金属物に直接或いは容量を介して給電するようなアンテナでも良いし、逆に第２の筐体１０９から第１の筐体１０８或いは第１の筐体１０８に内蔵される回路基板等の金属物に直接或いは容量を介して給電するようなアンテナであっても良い。

尚、コイルの巻き数ｎやコイル部分の長さｂなど、ケーブルにおける位置を調整できるようにしても良い。コイルの巻き数やコイル部分の長さを調整するためには、例えば、巻き芯に巻くコイルの巻き数をユーザが変更し、その変更した状態で固定できるようにしても良い。このような方法は、周知の技術であり、一般的なコイルの巻き数の調整構造等を利用することができる。

（まとめ）
本実施の形態による携帯無線端末の付属装置においては、ケーブルの一部をコイル状に固定することによりケーブル自体が誘導性を有するように構成する。これにより、携帯無線端末が通信或いはその他の受信に使用する周波数で付属装置が接続される携帯無線端末の回路基板から見た付属装置のインピーダンスが大きくなり、回路基板、つまりアンテナのグランドから付属装置にアンテナの筐体電流が流れにくくなる。

これにより、筐体に流れるアンテナの筐体電流も付属装置には流れなくなり、アンテナの筐体電流を乱すことが少なくなる。従って、付属装置を接続することによるアンテナ利得の低下を防ぐことができる。

また、新たに基板や部品を追加する必要がないため、コストがかからないという利点もある。さらにチップ部品を使用しないため、内部抵抗によって直流大電流を流しても問題は生じない。

本発明は、携帯電話の付属装置として利用可能である。

本発明の第1の実施の形態による形態電話の付属機器の一例を示す図である。 図１（ａ）に示した充電器を携帯電話に接続した様子を示す図である。 携帯電話のアンテナの利得の周波数特性例を示したグラフである。図３（ａ）は従来の例、図３（ｂ）は本実施の形態による例を示す図である。 一般的な充電器の構成例を示した図である。 一般的な携帯電話の一構成例を示した図である。 一般的な携帯電話の一構成例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態による携帯電話の付属装置の一構成例を示す図であり、携帯電話がホルダを介して充電器によって充電されている様子を示す図である。 各コネクタ及び端子の配線を示した機能ブロック図である。 携帯電話に接続するための接続コネクタとハウジング部とを備えたイヤホンのイヤホンケーブルにおいて、接続コネクタの近くのイヤホンケーブルの一部が、コイル状に固定されている例を示した図である。 本発明の第３の実施の形態による携帯電話の付属装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１１…給電用コネクタ、１２…充電ケーブル、１３…プラグ、１４ａ…コイル、１４ｂ…固定具。

Claims (7)

1. 少なくとも１つのアンテナを有する携帯無線端末に接続され、ケーブルを備えた携帯無線端末の付属装置であって、
   前記携帯無線端末が通信或いは受信に使用する周波数で高インピーダンスとなる電気的切断手段を有し、該電気的切断手段は、前記ケーブルの少なくとも一部をコイル形状に固定することによって形成されることを特徴とする携帯無線端末の付属装置。
2. 前記電気的切断手段は、
   前記ケーブルの、前記携帯無線端末と接続される側に形成されることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線端末の付属装置。
3. 前記携帯無線端末の付属装置は、テレビ又はラジオの受信部と、受信用のアンテナと、を備えている携帯無線端末に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯無線端末の付属装置。
4. 前記携帯無線端末の付属装置は、
   該携帯無線端末に接続され、該携帯無線端末のバッテリを充電するための充電器であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の携帯無線端末の付属装置。
5. 前記携帯無線端末の付属装置は、
   該携帯無線端末に接続され、音声出力部から出力される音声を試聴するためのイヤホンであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の携帯無線端末の付属装置。
6. 前記ケーブルの少なくとも一部をコイル形状に固定する固定具を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の携帯無線端末の付属装置。
7. 前記ケーブルの少なくとも一部をコイル形状の巻き数、長さ、半径を変更することができるように構成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の携帯無線端末の付属装置。

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