JP2010158011A

JP2010158011A - 無線データ端末機器の無線性能を改善する方法および装置

Info

Publication number: JP2010158011A
Application number: JP2009291142A
Authority: JP
Inventors: Yanping Xie; シェヤンピン; Shuhui Sun; スンシューフイ; Qizhi Zhan; チャンキチ; Shuqiang Gong; ゴンシューチァン; Chaoyan Zang; チャンチャオヤン
Original assignee: Huawei Device Co Ltd
Current assignee: Huawei Device Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP4865850B2; WO2010072095A1; CN201323599Y

Abstract

【課題】データカードのＵＳＢコネクタの可動型への変更によってもたらされるデータカードの無線性能への影響を低減し、着脱式ＵＳＢコネクタを備えるデータカードの無線性能を改善するように無線データ端末機器の無線性能を改善する方法及び装置を提供する。
【解決手段】無線データ端末機器は着脱式ＵＳＢコネクタと主回路基板とを備え、着脱式ＵＳＢコネクタと主回路基板の間に少なくとも２つの冗長接地接続が設けられており、少なくとも２つの冗長接地接続の接地点は相互に隣接していない。さらに、無線データ端末機器の無線性能を改善する方法も提供される。この無線データ端末機器または無線データ端末機器の無線性能を改善する方法を用いれば、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続が事実上増強される。したがって、無線データ端末機器の無線性能が改善される。
【選択図】図２Ｂ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年１２月２２日に出願された中国特許出願第２００８２０１８３２１０．９号と、２００９年９月２８日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＣＮ２００９／０７４２７２号の優先権を主張するものであり、これらの双方が参照により全文が本明細書に組み込まれる。

本開示は無線データ端末機器に関し、より詳細には、無線データ端末機器の無線性能を改善する方法および装置に関する。

無線データ端末機器とは、３Ｇネットワーク・データ・カードやＷＩＦＩ／ＷＩＭＡＸ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＦｉｄｅｌｉｔｙ／ＷｏｒｌｄｗｉｄｅＩｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）データカードといった、無線ネットワーク接続を使用してインターネットにアクセスすることのできるデータ機器である。近年、電子製品に対する人々の要求が高まるにつれて、市場要求を満たすために、サイズ、電力消費、速度といったデータカードの要素は絶えず改善され続けている。例えば、データカードは、以前の固定された構造から移動可能な構造を有するように改善されている。このような改善により、コンピュータのコネクタまたはデータカードのアンテナを不使用時に短縮してデータカード内に収納することが可能になり、それによってデータカードのサイズが大幅に低減され、データカードのＵＳＢキャップといった紛失しやすい付属品に左右されなくても済むようになっている。

データカードは無線データ端末機器であるため、無線性能は、データカードの性能を測るための重要な要素の１つであり、データカードとコンピュータとの接続の効率は、データカードの無線性能に重大な影響を及ぼす。目下のところ、データカードとコンピュータの間で接続を確立するための方式の主流はＵＳＢバスであるが、データカードをコンピュータのＵＳＢコネクタと接続するコネクタが、固定型から可動型のものに変更されることは、データカードの無線性能に大きな影響を残した。

本開示の発明者らは、本開示を実施するプロセスにおいて、既存の技術に以下の問題があることを見出している。

固定式ＵＳＢコネクタを備えるデータカードにおいては、ＵＳＢプラグがデータカードの主回路基板に直接はんだ付けされている。ＵＳＢプラグと主回路基板との高信頼性接続により、データカード回路の接地平面がコンピュータの接地平面と確実に接続され、そのため、データカードの無線性能はあまり影響を受けない可能性もある。しかし、ＵＳＢコネクタのサイズおよびレイアウトには限界があるため、固定式ＵＳＢコネクタを備えるデータカードを無制限に縮小することはできず、データカードが使用されないときにＵＳＢコネクタを保護するためのＵＳＢキャップが必要であり、そのため、ＵＳＢキャップの紛失によるデータカードへの影響が避けられない。

データカードの主回路基板をＵＳＢコネクタから分離する方式を用いれば、ただ１本の細線またはＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）フレキシブル基板によってＵＳＢコネクタを主回路基板と接続することにより、可動式ＵＳＢコネクタが実現される。しかし、このような可動式ＵＳＢコネクタを備えるデータカードにはいくつかの欠点がある。すなわち、一方では、データカードのサイズおよび接続材料の柔軟性に限界があるため、ＵＳＢコネクタを主回路基板と接続するのに太い接続線または大きなフレキシブル基板を使用することができないため、細い接地回路しかなく、データカードの主回路基板の接地平面をコンピュータの接地平面と効果的に接続させることができない。他方、接地平面の接続が不十分であることは、データカードの無線性能にも直接影響を及ぼす。

図１はアンテナの動作を示す概略図である。アンテナの基本原理から、アンテナは、電気エネルギーを交流電磁界に変換し、これを空間に放射するのに使用されることがわかる。交流電磁界の作用により、図１に示すように、アンテナを取り囲む接地平面に、アンテナに向かう電界が形成される。アンテナの接地平面には、アンテナによって放射されるエネルギーを補償するために、アンテナを取り囲む電界によって可能な限り多くのエネルギーをアンテナに戻すことを可能にするという１つの重要な機能がある。

無線データ端末機器のアンテナが稼働中に、無線データ端末機器の接地平面は、アンテナの一部として働き、エネルギーを戻す役割を果たす。しかし、無線データ端末機器の接地平面は、現在の無線データ端末機器のサイズが縮小されているため、例えば、データカードとしてのこのような製品のサイズが限界に達しようとしていることなどにより、アンテナのエネルギー回収をサポートすることができない。現在行われているのは、コンピュータの接地平面といった別の機器の接地平面を利用した、無線データ端末機器のアンテナの動作のサポートである。したがって、無線データ端末機器と他の機器の接地平面との接続が非常に重要になる。

着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器が登場する以前の無線データ端末機器は、固定式ＵＳＢコネクタによってコンピュータと接続される。このような固定式ＵＳＢコネクタは、無線データ端末機器の接地平面に直接接続され、コンピュータ側の接地平面に直接接続される。固定式ＵＳＢコネクタの接地平面の接続面は、無線データ端末機器が、コンピュータの接地平面によってエネルギーの回収を十分に実現させることのできる大きさである。しかし、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器の最大の問題は、ＵＳＢコネクタが主回路基板と分離されており、フレキシブル接続モードによってしか主回路基板に接続することができないことである。すなわち、ＵＳＢコネクタは、無線データ端末機器の接地平面と、たわみ線（flexible wire）やＦＰＣフレキシブル基板といった薄く幅の狭い導体だけで接続されている。フレキシブル接続が十分に容量の広いものでない限り、アンテナのエネルギー回収に関する要件を満たすことができない。しかし、フレキシブル接続は、材料、機器空間、レイアウト、耐用期間といった要因によって制約されるため、容量を広げることは難しい。したがって、無線データ端末機器にＵＳＢコネクタと接地平面を接続するただ１つの接地回路しかないとき、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器の無線性能が要件を満たすことは難しい。しかも、接地接続はさらに、様々な重大な外乱を伴う機器の動作電流の戻りも受け入れ、これがアンテナの作業環境をさらに悪化する。

本開示の各実施形態の主目的は、アンテナおよび外乱のエネルギー回収経路の問題を解決し、データカードのＵＳＢコネクタの可動型への変更によってもたらされるデータカードの無線性能への影響を低減し、着脱式ＵＳＢコネクタを備えるデータカードの無線性能を改善するように無線データ端末機器の無線性能を改善する方法および装置を提供することである。

本開示の各実施形態の上記目的は、以下の技術的解決法によって達成される。

無線データ端末機器は着脱式ＵＳＢコネクタを含む。着脱式ＵＳＢコネクタと無線データ端末機器の間に少なくとも２つの接地接続が設けられており、少なくとも２つの接地接続の接地点は相互に隣接していない。

無線データ端末機器の無線性能を改善する方法は、無線データ端末機器の着脱式ＵＳＢコネクタに相互に隣接しない少なくとも２つの接地点を設定することと、無線データ端末機器の主回路基板に相互に隣接しない少なくとも２つの接地点を設定することと、着脱式ＵＳＢコネクタの接地点を主回路基板の接地点と別々に接続することとを含む。

本開示の各実施形態による無線データ端末機器の無線性能を改善する方法および装置によれば、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面の間の接続は、相互に隣接しない少なくとも２つの接地点によって効果的に増強される。したがって、無線データ端末機器の無線性能が改善される。

添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために示すものであり、本開示を限定するのではなく、本開示の一部を構成するものである。

従来技術のアンテナの動作を示す概略図である。本開示の一実施形態による二重接地機構なしのＵＳＢコネクタ接続を示す概略図である。本開示の一実施形態による、新たに追加された導線によるＵＳＢコネクタと主回路基板との接続を示す概略図である。本開示の一実施形態によるＦＰＣフレキシブル基板による二重接地なしの接続を示す概略図である。本開示の一実施形態による、ＦＰＣフレキシブル基板による二重接地を備える接続を示す概略図である。

本開示の各実施形態の目的、技術的解決法および利点を明確にするために、図面を参照して本開示の各実施形態を詳細に説明する。本明細書における本開示の各例示的実施形態および各実施形態の説明は、本開示を限定するためではなく説明のためのものである。

本開示の第１の実施形態は、着脱式ＵＳＢコネクタを含む無線データ端末機器を提供する。図面を参照してこの実施形態を詳細に説明する。

一般に、着脱式ＵＳＢコネクタを含む無線データ端末機器は接地線を備えている。しかし、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器にはただ１本の細い接地線だけしかなく、あるいは、複数の接地線があったとしても、接続点が相互に隣接しているため、ただ１つだけの接地回路と実際上同じである。したがって、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続は実際上狭く、エネルギー回収の要件を満たすのが難しい。

図２Ａおよび図２Ｂは、回転式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分の接地線を示す概略図である。

図２Ａに示すように、回転式ＵＳＢコネクタを備える既存の無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分は二重接地を備えていない。サイズの限界と回転式ＵＳＢコネクタの構造のために、ＵＳＢコネクタは、数本の細い導線または狭いＦＰＣフレキシブル基板によってしか主回路基板に接続することができず、配線はＵＳＢコネクタの一方の側だけに偏っている。図２Ａには２本の接地線ＧＮＤが示されているが、これら２本の接地線は、２本の接地線に対応する主回路基板上の接続点が相互に隣接するため、実際上単一の接地回路と等しい。したがって、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続は、実際には狭い。

図２Ｂに示すように、本実施形態による回転式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分は二重接地機構を用いており、接地線、すなわち冗長ＧＮＤが、ＵＳＢコネクタの金属ハウジング上に、元の接地点から離して設けられており、主回路基板上の別の接地点に接続されている。このようにして、ＵＳＢコネクタと主回路基板の両方が、相互に隣接しない２つの接地点を有し、２つの接地回路が形成され、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続が効果的に増強される。したがって、無線データ端末機器の無線性能が大幅に改善される。

一例によれば、図２Ｂに示す冗長ＧＮＤ接地点は、以下の原理のうちの１つまたはこれらの任意の組み合わせに従って選択され得る。
１．コネクタ側の接地点は、元の接地点からある一定の距離だけ隔てられ、好ましくは、コンピュータの接地平面と直接接続されており、可能な限りコンピュータの接地平面と近接するように設計されている。
２．主回路基板側の接地点は、元の接地点からある一定の距離だけ隔てられている。
３．比較的大きく、完全な接地平面が、好ましくは、接続点として選択される。

実施形態による無線データ端末機器において、ＵＳＢコネクタは、無線データ端末機器のＵＳＢの電気接地線以外の別の追加導線を使用して、無線データ端末機器の主回路基板の接地平面と接続されている。ＵＳＢコネクタ側の接地点は、ＵＳＢコネクタの信号ピン以外に、ＵＳＢコネクタの金属ハウジング上に配置された第２の接地点を含む。第２の接地点は、コンピュータの接地平面と直接接続されている。しかも、２つの接地点は相互に隣接していない。他方、無線データ端末機器の主回路基板上には、ＵＳＢバスの信号ＧＮＤに加えて、光沢銅処理が施され、ＰＣＢ接地平面に直接接続された、比較的完全な銅シートが、ＰＣＢ上のＵＳＢバスの信号ＧＮＤ接続点から離れた、ＵＳＢコネクタに近いところに確保されており、第２の接地点として使用される。第２の接地点はどちらも金属ドームによって接続されており、冗長ＧＮＤが形成され、ＵＳＢコネクタの自由な移動が保証されている。

本実施形態によれば、無線データ端末機器のＵＳＢコネクタの冗長接地が追加される。しかも、隔てられた配置は、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続を増強し、無線データ端末機器のＵＳＢコネクタの接地平面とコンピュータの接地平面との接続の信頼性を高める。したがって、機器の無線性能は大幅に改善され、無線性能が低下するという問題が解決される。性能低下の理由は、空間および接続方式の限界により、無線データ端末機器の主回路基板の接地平面とコンピュータの接地平面との接続が狭いために、十分な大きさの接地平面が形成され得ないことである。比較によれば、冗長ＧＮＤを追加により、着脱式ＵＳＢコネクタを備える端末機器の無線電波周波数性能（ＴＲＰ、ＴＩＳなど）が、９００ＭＨｚや８５０ＭＨｚといった低周波数帯域では約５〜１０ｄＢ増大し、固定型ＵＳＢコネクタを備える端末機器と実質的に同じレベルに達することが保証される。

本開示の第２の実施形態は、さらに、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器を提供する。図面を参照してこの実施形態を詳細に説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、摺動（スライド）式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分の接地線を示す概略図である。

図３Ａに示すように、従来技術の摺動式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分は、二重接地を備えておらず、ＵＳＢコネクタはＰＣＢ上に固定されており、ＵＳＢ信号および電源がＦＰＣフレキシブル基板を介して引き出され、ＰＣＢ基板の摺動によってＵＳＢコネクタが機器から突出し得る。図３Ａからわかるように、ＵＳＢコネクタは、ＦＰＣフレキシブル基板上の基線だけによって主回路基板の接地平面と接続されている。電流回収の要件は満たされ得るが、無線周波数での無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続にとってはこの点が障害になる。

図３Ｂに示すように、本実施形態による、摺動式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器のＵＳＢコネクタ部分には二重接地機構が設けられており、ＵＳＢコネクタを摺動するように引き伸ばしたり、引き戻したりすることによってＵＳＢコネクタの動作が影響を受けないように、主回路基板から延在する接地ＵＳＢ金属ドームが、ＵＳＢコネクタの金属ハウジングの上に接合されている。実地試験によれば、金属ドームの接地回収回路が追加された後、機器の無線性能は大幅に改善され得る。

一例では、図３Ｂに示すＵＳＢ金属ドーム接地点は、以下の原理のうちの１つまたはこれらの任意の組み合わせに従って選択され得る。
１．コネクタ側の接地点は、元の接地点からある一定の距離だけ隔てられ、好ましくは、コンピュータの接地平面と直接接続されており、可能な限りコンピュータの接地平面と近接するように設計されている。
２．主回路基板側の接地点は、元の接地点からある一定の距離だけ隔てられている。
３．比較的大きく、完全な接地平面が、好ましくは、接続点として選択される。

本実施形態による無線データ端末機器では、無線データ端末機器のＵＳＢの電気接地線に加えて、ＵＳＢコネクタ側のＵＳＢコネクタの金属ハウジングが第２の接地点とみなされ、この第２の接地点は、ＵＳＢバスの接地信号と空間的に隣接しておらず、コンピュータの接地平面と近接して接続されている。主回路基板側の主回路基板の遮蔽カバーは第２の接地点とみなされ、この第２の接地点は、元のＵＳＢバス接地点から離れているのみならず、完全な平面も有し、主回路基板の接地平面と近接して、確実に接続されている。最後に、ＵＳＢコネクタの金属ハウジングは、冗長ＧＮＤを形成するための追加の金属ドームを使用して、無線データ端末機器の主回路基板の遮蔽カバーの第２の接地点と接続されている。

本実施形態によれば、無線データ端末機器のＵＳＢコネクタの冗長接地が追加される。しかも、隔てられた機構は、無線データ端末機器の接地平面とコンピュータの接地平面との接続を増強し、無線データ端末機器のＵＳＢコネクタの接地平面とコンピュータの接地平面との接続の信頼性を高める。したがって、機器の無線性能は大幅に改善され、無線性能が低下するという問題が解決される。無線性能低下の理由は、空間および接続モードの限界により、無線データ端末機器の主回路基板の接地平面とコンピュータの接地平面との接続が狭いために、十分に大きい接地平面が形成され得ないことである。比較によれば、冗長ＧＮＤの追加により、着脱式ＵＳＢコネクタを備える端末機器の無線電波周波数性能（ＴＲＰ、ＴＩＳなど）が、９００ＭＨｚや８５０ＭＨｚといった低周波数帯域では約５〜１０ｄＢ増大し、固定型ＵＳＢコネクタを備える端末機器と実質的に同じレベルに達することが保証される。

本実施形態による無線データ端末機器は、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器とコンピュータとの接地効果を改善するのみならず、容易で、簡単に実施される技法を用い、管理可能な費用で、着脱式ＵＳＢコネクタを備える無線データ端末機器の無線性能も改善する。

以上の具体的実施形態は、さらに、本開示の目的、技術的解決法および利点も詳細に説明するものである。以上の説明は本開示の具体的実施形態を例示するためのものにすぎず、本開示の保護の範囲を限定するためのものではないことを理解すべきである。本開示の精神および原理を逸脱しない、あらゆる修正、等価の置換、改善などは、本開示の保護の範囲内に含まれるべきものである。

Claims

着脱式ＵＳＢコネクタと、
主回路基板と、
を備え、
前記着脱式ＵＳＢコネクタと前記主回路基板の間に少なくとも２つの接地接続が設けられており、前記少なくとも２つの接地接続の接地点が相互に隣接していない、無線データ端末機器。
前記着脱式ＵＳＢコネクタが導線を介して前記主回路基板と接続されている、請求項１に記載の無線データ端末機器。
前記接地接続のうちの少なくとも１つは、一端部が前記着脱式ＵＳＢコネクタの金属ハウジングに接続されており、他端部が前記主回路基板の別の接地点に接続されている単一導線である、請求項２に記載の無線データ端末機器。
前記着脱式ＵＳＢコネクタが回転式ＵＳＢコネクタである、請求項２に記載の無線データ端末機器。
前記ＵＳＢコネクタがフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）フレキシブル基板を介して前記主回路基板と接続されている、請求項１に記載の無線データ端末機器。
前記接地接続のうちの少なくとも１つは、前記ＵＳＢコネクタの可動位置とは異なる位置において前記ＵＳＢコネクタの金属ハウジングの上部に接続されており、前記主回路基板の別の接地点と接続されている金属ドームである、請求項５に記載の無線データ端末機器。
前記着脱式ＵＳＢコネクタが摺動式ＵＳＢコネクタである、請求項５に記載の無線データ端末機器。
無線データ端末機器の無線性能を改善する方法であって、
前記無線データ端末機器の着脱式ＵＳＢコネクタ上に相互に隣接しない少なくとも２つの接地点を設定し、
前記無線データ端末機器の主回路基板上に相互に隣接しない少なくとも２つの接地点を設定し、
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点を前記主回路基板上の前記接地点と別々に接続すること
を含む、方法。
前記無線データ端末機器の前記着脱式ＵＳＢコネクタ上に相互に隣接しない前記少なくとも２つの接地点を設定する前記プロセスは、
ＵＳＢ信号ピンの接地点に加えて、前記着脱式ＵＳＢコネクタの金属ハウジング上に、コンピュータの接地平面と直接接続され、前記ＵＳＢ信号ピンの前記接地点と隣接しない接地点を設けることを含み、
前記無線データ端末機器の前記主回路基板上に相互に隣接しない前記少なくとも２つの接地点を設定する前記プロセスは、
ＵＳＢバスの接地点に加えて、前記主回路基板上の前記ＵＳＢバスから離れた、前記着脱式ＵＳＢコネクタに近いところで、前記主回路基板の接地平面と直接接続された接地点を設けることを含む、請求項８に記載の方法。
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点を前記主回路基板上の前記接地点と別々に接続する前記プロセスは、
前記ＵＳＢ信号ピンの前記接地点を前記ＵＳＢバスの前記接地点と接続し、
前記着脱式ＵＳＢコネクタの前記金属ハウジング上に設けられた前記接地点を、前記主回路基板上に設けられ、前記主回路基板の前記接地平面と直接接続された前記接地点と接続すること、を含む、請求項９に記載の方法。
前記無線データ端末機器の前記着脱式ＵＳＢコネクタ上に相互に隣接しない少なくとも２つの接地点を設定する前記プロセスは、
ＵＳＢ電気接地線の接地点に加えて、前記着脱式ＵＳＢコネクタの金属ハウジングを、コンピュータの接地平面と直接接続されており、前記ＵＳＢ電気接地線の前記接地点と隣接しない接地点となるように構成することを含み、
前記無線データ端末機器の前記主回路基板に相互に隣接しない前記少なくとも２つの接地点を設定する前記プロセスは、
ＵＳＢバスの接地点に加えて、前記主回路基板の遮蔽カバーを、前記ＵＳＢバスから離れており、前記主回路基板の接地平面と直接接続されている接地点となるように構成することを含む、請求項８に記載の方法。
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点を前記主回路基板上の前記接地点と別々に接続する前記プロセスは、
前記ＵＳＢ電気接地線の前記接地点を前記ＵＳＢバスの前記接地点と接続し、
前記着脱式ＵＳＢコネクタの前記金属ハウジングを前記主回路基板の前記遮蔽カバーと接続すること、を含む、請求項１１に記載の方法。
相互に隣接しない少なくとも２つの接地点が設定されている着脱式ＵＳＢコネクタと、
相互に隣接しない少なくとも２つの接地点が設定されている主回路基板と
を備え、
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点が前記主回路基板上の前記接地点と別々に接続する、無線データ端末機器。
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点は、元の接地点から離れた前記ＵＳＢコネクタの金属ハウジング上に設けられており、前記主回路基板上の別の接地点に接続されている接地線によって、前記主回路基板上の前記接地点と接続する、請求項１３に記載の無線データ端末機器。
前記着脱式ＵＳＢコネクタ上の前記接地点は、前記ＵＳＢコネクタを摺動するように引き伸ばしたり、引き戻したりすることによって前記ＵＳＢコネクタの動作が影響を受けないように、前記ＵＳＢコネクタの前記金属ハウジング上に接合された前記主回路基板から延在する接地ＵＳＢ金属ドームによって、前記主回路基板上の前記接地点と接続する、請求項１３に記載の無線データ端末機器。