JP2011035823A - 携帯無線機 - Google Patents

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Abstract

【課題】防水機能を有する携帯無線機において、アンテナ性能の劣化を防止すると共にアンテナに接続される回路部が機械的に破損することを回避可能な携帯無線機を提供する。
【解決手段】第1ケース11と第2ケース12とが組み合わされる筐体10を有する携帯無線機であって、第1ケース11と第2ケース12とで挟持された環状弾性部材13と、環状弾性部材13と一体に形成され、環状弾性部材13で囲まれた領域内に配設されたフレキシブルプリント基板14と、フレキシブルプリント基板14上に配設されたアンテナ部15と、アンテナ部15に配設された回路装荷部19と、環状弾性部材13で囲まれた領域内に配設された回路基板17と、を備え、アンテナ部15の一部が、環状弾性部材13の一部に沿って配設され、回路装荷部19が、環状弾性部材13の内側に配設され、アンテナ部15と回路基板17のグランド部とが所定距離以上離間されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば携帯電話端末、携帯型情報端末(PDA)、携帯型音楽プレーヤ、携帯型ゲーム機等に利用可能な携帯無線機に関し、特に筐体内部に収容されるアンテナとそれに付随する電気回路ならびに防水機能を実現するための構造に関する。
無線通信用のアンテナの性能については、アンテナ素子とグランドとの距離に大きく依存する。すなわち、アンテナ素子とグランドとの距離が小さくなるに従って放射抵抗が下がり、アンテナの利得が低下する。
例えば携帯電話端末のような携帯無線機においては、大きさや厚みが小さい筐体の内部に、様々な機能を実現する多数の電気部品等を収容する必要があり、電子回路が搭載されるプリント基板の大きさは筐体の内空間の大部分を占める程度の大きさになってしまうのが実情である。また、このプリント基板にはグランドパターンが形成されている。従って、筐体の内部にアンテナ素子を内蔵する場合、通常はアンテナ利得の低下を防止するために、筐体内部の端部近傍にアンテナ素子を配置し、このアンテナ素子とプリント基板のグランドパターンとの距離を大きくする。
ところで、近年の携帯無線機においては、防水性の機能が求められている。従って、筐体の外部から筐体内部のプリント基板等の箇所に水分が侵入するのを防止するために、筐体の端部には、防水用のパッキン等の部材をプリント基板等の電気回路を囲むように配置することがある。
しかし、防水用のパッキンを筐体内部の端部に配置すると、このパッキンによって筐体内の残された空間が狭くなる。そして、筐体の端部にアンテナ素子を配置できず、パッキンよりも内側にアンテナ素子を配置することになるので、アンテナ素子とプリント基板との距離が小さくなり、アンテナの特性が劣化し易い。
防水構造の携帯無線機に関する従来技術は、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1においては、筐体が上ケースと下ケースとで構成され、上ケースと下ケースとの連結部に額縁型の防水パッキンが存在し、アンテナ素子が防水パッキンの内部に埋設されるように構成することを開示している。
また、複数の無線周波数帯域に対応するマルチアンテナの従来技術が、例えば特許文献2に開示されている。特許文献2においては、第1の周波数帯(f1)で共振動作する全長Lのアンテナパターンの中間部(長さMの位置:第2の共振周波数帯(f2)で共振動作する長さ)に切断部を設けることを提案している。また、この切断部はアンテナパターンの直線上に設けられている。この切断部には第2の共振周波数帯域で共振動作する受動素子を設置する。
特開平6−37876号公報 特開2004−274267号公報
しかしながら、特許文献1に開示された従来技術では、採用するアンテナ素子として直線状の素子しか構成できないため、アンテナ性能が単共振かつ狭帯域になってしまう。また、アンテナ素子が防水パッキンに埋設されているため広帯域化のための回路部品を追加することは困難である。仮に、環状に形成された防水パッキンの内側に何らかの素子を配置して回路部品を追加し、アンテナの特性を改善しようすると、接点が増えることになり、製造時に各接点の位置のばらつき等が生じ、アンテナの品質にばらつきが生じることがある。また、別途回路基板を設ける必要があり、構造が複雑になり部品点数も増える。
また、特許文献2では防水構造は想定していないが、仮に特許文献1と同様に防水パッキンを設ける場合に、特許文献2の従来技術を適用すると、防水パッキンの内側の空いている空間にアンテナ素子を配置せざるを得ないので、アンテナ素子と回路基板のグランドパターンとの距離が小さくなり、アンテナの特性が劣化する。また、アンテナ素子の中間部に受動素子が存在するので、このアンテナ素子を回路基板から離すために防水パッキンに近い位置にアンテナ素子を配置すると、受動素子が筐体に挟まれやすくなり受動素子の破損が生じやすい。
本発明は、防水機能を有し、アンテナ性能の劣化を防止すると共にアンテナに接続される回路部が機械的に破損することを回避可能な携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第1ケースと第2ケースとが組み合わされる筐体を有する携帯無線機であって、前記第1ケースと前記第2ケースとで挟持された環状弾性部材と、前記環状弾性部材と一体に形成され、前記環状弾性部材で囲まれた領域内に配設されたフレキシブルプリント基板と、前記フレキシブルプリント基板上に配設されたアンテナ部と、前記アンテナ部に配設された第1電気回路部と、前記環状弾性部材で囲まれた領域内に配設された回路基板と、を備え、前記アンテナ部の一部が、前記環状弾性部材の一部に沿って配設され、前記第1電気回路部が、前記環状弾性部材の内側に配設され、前記アンテナ部と前記回路基板のグランド部とが所定距離以上離間されている。
この携帯無線機によれば、フレキシブルプリント基板が防水機能を実現する環状弾性部材と一体に形成されているので、アンテナ部は環状弾性部材に沿って、つまり筐体内部の回路基板のグランド部から離間した箇所に配設することができ、アンテナ性能の劣化を防止できる。また、アンテナ部に第1電気回路部が配設されているので、アンテナの電気長の調整や、共振周波数特性の調整が可能になる。
また、本発明の携帯無線機は、前記回路基板上に配設された第2電気回路部を備え、前記第1電気回路部が、前記アンテナ部と前記第2電気回路部とのインピーダンスを整合する。
この携帯無線機によれば、アンテナ部と無線回路等の電気回路とのインピーダンスを整合することができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第1電気回路部が、前記アンテナ部の電気長を制御する。
この携帯無線機によれば、第1電気回路部のパラメータを調整することにより、アンテナ部の物理的な長さを変更することなく、アンテナの共振周波数を所望の周波数に合わせることができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第1電気回路部が、インダクタ素子、コンデンサ素子、メアンダパターンの少なくとも1つを有する。
この携帯無線機によれば、第1電気回路部のリアクタンスによりアンテナ部の電気長を制御することができる。また、複数の素子を直列もしくは並列に接続して共振回路を形成すれば、複数の周波数帯で利用可能なアンテナを構成できる。
本発明によれば、防水機能を有し、アンテナ性能の劣化を防止すると共にアンテナに接続される回路部が機械的に破損することを回避可能である。
本発明の実施形態における携帯無線機内部の主要な構成要素の配置状態を表す平面図 図1に示した携帯無線機のA−A’線断面から見たアンテナ部近傍の部分拡大断面図 図1に示した携帯無線機のA−A’の近傍の詳細な構成を表す部分平面図 図1に示した携帯無線機の主要な構成要素を表す分解斜視図 図1に示した携帯無線機のB−B’線断面から見たアンテナ給電部近傍の部分拡大断面図 図1に示した携帯無線機に関する変形例1の構成を表す平面図 図6に示した携帯無線機のC−C’線断面から見たアンテナ給電部近傍の部分拡大断面図 図6に示した携帯無線機のC−C’線近傍の給電部の詳細な構成を表す部分平面図 本発明の実施形態における携帯無線機のアンテナに接続可能な回路部品の具体例を示す電気回路図 図1に示した携帯無線機の構成の一部分の変形例を示す平面図
本発明の実施形態における携帯無線機について、図面を参照しながら以下に説明する。
図1は本実施形態における携帯無線機内部の主要な構成要素の配置状態の概要を示す図である。また、図4は図1に示した携帯無線機を分解した状態の一例の斜視図である。図1に示す携帯無線機は、例えば携帯電話端末であり、無線通信機能およびアンテナを搭載している。
この携帯無線機の筐体10は、形状が変化しない固定形状であり、図4に示す第1ケース11と第2ケース12とを厚み方向(Z軸方向)に組み合わせ、例えば嵌め合わせることにより構成される。この筐体10の内空間には、図4に示すように無線部等の電気回路部18(第2電気回路部)を搭載した回路基板17と、フレキシブルプリント基板14と、環状弾性部材13とが収容される。実際には、環状弾性部材13とフレキシブルプリント基板14とは一体成形により一体化された1つの部品として構成されている。
例えば、予め形成したフレキシブルプリント基板14を所定の型に装着し、環状弾性部材13の材料を流動状態で上記型の内空間に流し込み固化させることにより、フレキシブルプリント基板14と環状弾性部材13を一体化することができる。
フレキシブルプリント基板14上には、金属(導電体)の印刷パターンとして形成された(通常は印刷された銅箔をエッチング等で所定の形状に加工して形成)アンテナ部15が搭載されている。
図1、図4に示すように、筐体10および回路基板17の平面形状は例えば矩形である。回路基板17は、XY平面において環状弾性部材13の内側に収容される。
フレキシブルプリント基板14の形状は、本実施形態では回路基板17の外周全体を取り囲むことができるように環状に形成されている。フレキシブルプリント基板14の外周の輪郭および内周の輪郭は例えばそれぞれ矩形に近い形状に形成されており、フレキシブルプリント基板14の内周の輪郭の大きさは、回路基板17の外周の大きさよりも少し大きく形成され、フレキシブルプリント基板14の外周の輪郭の大きさは内周の輪郭よりも少し大きく形成されている。また、フレキシブルプリント基板14の外周の輪郭の大きさは筐体10の内空間に収容可能な大きさになっている。
従って、図1に示すように、筐体10の外周に近い位置に沿うようにフレキシブルプリント基板14を配置し、フレキシブルプリント基板14の内周の内側に回路基板17を配置することができる。なお、フレキシブルプリント基板14の形状については、必ずしもフレキシブルプリント基板14を取り囲むように環状に形成する必要はなく、アンテナ部15が存在する箇所の近傍だけに配置してもよい。
環状弾性部材13は、主に防水機能を実現するための弾性を有する部材であり、例えばゴムパッキンである。環状弾性部材13の平面形状はフレキシブルプリント基板14と同様に環状であり、環状弾性部材13の内周、外周共に平面形状は例えば矩形に形成されている。環状弾性部材13の外周の大きさは、フレキシブルプリント基板14の外周より大きく、且つ筐体10の内空間に収容できる大きさに形成されている。
図2は図1におけるY軸方向から見たA−A’断面の拡大構成図である。図3は図1におけるZ軸方向から見たA−A’付近の平面の拡大構成図である。図2に示すように、環状弾性部材13には環状防水部21と延長部22とが一体に形成されている。環状防水部21は、Z軸方向の上端および下端に中央部がそれぞれ突出した曲面形状を有し、断面形状は略楕円形状である。延長部22は、環状防水部21の一部分から内周側、すなわち回路基板17に向かう方向に延び(延設され)、平板形状に形成されている。環状防水部21の厚み寸法は、延長部22の厚み寸法よりも十分に大きくなっている。
図2に示すように、フレキシブルプリント基板14は、厚み方向に延長部22と重ねて固定されており、フレキシブルプリント基板14の外周側端部は環状防水部21に沿って配置されている。なお、フレキシブルプリント基板14の外周側端部近傍が環状防水部21の内部に埋め込まれるような位置関係で、フレキシブルプリント基板14と環状弾性部材13とを一体化しても良い。
防水機能を持たせるために、すなわち環状防水部21と環状防水部21を挟持する筐体10内壁との隙間を無くしかつ適度な押圧力を与えるために、第1ケース11側に形成した弾性部材保持部11aおよび第2ケース12側に形成した弾性部材保持部12aは、それぞれ環状防水部21の形状に合わせて曲面状の凹部を形成している。また、環状弾性部材13の形状及び大きさに合わせて、弾性部材保持部11a、12aは環状に形成されている。
図1に示すように、アンテナ部15はY軸方向に沿って線状に延びるアンテナパターン15aを有しており、アンテナパターン15aの中央付近には回路装荷部19が接続されている。この回路装荷部19は、アンテナ部15の電気長を調整したり、アンテナ部15の共振周波数特性を調整したりするために設けられた回路要素である。
図3に示すように、回路装荷部19は、フレキシブルプリント基板14上に配置されており、アンテナパターン15aよりも内周側(回路基板17に近い位置)に移動した位置に配置されている。また、アンテナパターン15aは筐体10の内壁12bよりも外周寄りの位置に配置してされており、回路装荷部19は内壁12bよりも内周寄りの位置に配置されている。回路装荷部19の部品が破損するのを防止するためには、回路装荷部19は、内壁12bよりもα(例えば0.5mm)以上内周側に移動した位置に配置されるのが望ましい。
なお、図1〜図3に示す構成では、回路装荷部19がアンテナパターン15aと比べて回路基板17のグランド部に近い位置に配置されているが、グランド部との距離が近くなるのはアンテナの一部分だけであるため、アンテナの特性はほとんど劣化しない。
図3に示す構成例では、回路装荷部19は並列に接続された2つの回路部品24(24a、24b)を有しており、これらは配線パターン15b、15cを介してアンテナパターン15aと接続されている。回路装荷部19では、例えばリフロー半田付けにより回路部品24がフレキシブルプリント基板14上に装荷されている。これらの回路部品24は、図2に示すように筐体10の内壁と干渉しない箇所、すなわち筐体内空間20に配置されている。
図1に示す給電部16は、回路基板17上の無線部26とフレキシブルプリント基板14上のアンテナ部15とを電気的に接続するための接続部である。給電部16は、図1に示す例ではアンテナ部15の下端側に配置されている。給電部16の近傍では、内周側に突出するように形成された延長部14aがフレキシブルプリント基板14に設けてあり、この延長部14aに沿ってアンテナパターン15aと接続された給電パターン15dが形成されている。
この給電部16の近傍の構成(図1のB−B’線断面)が図5に示されている。図5に示すように、給電部16に相当する延長部14aの先端近傍では、フレキシブルプリント基板14の下面側が給電部材23の上端と当接し、フレキシブルプリント基板14の上面側が第2ケース12の突出部12cと当接している。すなわち、給電部16近傍ではフレキシブルプリント基板14は給電部材23と第2ケース12とで厚み方向(Z軸方向)に挟持されている。
給電部材23は導電性の材料で構成されており、回路基板17上の無線部26と接続される給電ランドと電気的に接続された状態で回路基板17上に固定されている。図5に示すフレキシブルプリント基板14の下面には、給電部材23の先端部と対向する箇所に給電ランド25が形成されている。この給電ランド25は、給電パターン15dを経由してアンテナパターン15aと接続されている。なお、フレキシブルプリント基板14の表面側の電極(ランド)と裏面側の電極とは所定のスルーホールを経由して電気的に接続されている。従って、図5に示すように構成することにより、給電部16では回路基板17上の回路とフレキシブルプリント基板14上のアンテナ部15とが電気的に接続される。
ところで、回路基板17上には、表面の領域の一部にグランドパターン27が形成されている。アンテナ部15をグランドパターン27からなるべく離間させるように構成することで、アンテナの放射抵抗を大きくすることができ、利得の低下を防止できる。すなわち、図1、図2に示すように環状弾性部材13の環状防水部21に沿った位置にアンテナ部15を形成することにより、アンテナ部15とグランドパターン27との距離を大きくすることができ、アンテナ利得の低下を防止できる。また、アンテナ部15と接続された回路装荷部(第1電気回路部)19をフレキシブルプリント基板14上に設けることにより、アンテナ部15の周波数特性を調整することができる。回路装荷部19をアンテナ部15や環状防水部21よりも内周側に配置することにより、アンテナ利得を低下させることなく、回路装荷部19の部品の破損を防止できる。
回路基板17のグランドパターンとアンテナ部15との距離については、例えば数mm程度の距離を隔てるように配置することが想定される。この距離は筐体10の大きさや空いている空間の大きさによって制限されるが、使用する無線周波数の波長λに対して、例えば平均的な距離が0.01λ以上になるように定める必要があり、好ましくは、0.1〜0.2λ程度の距離に定められる。
(変形例1)
図6は、図1に示した携帯無線機に関する変形例1の構成を示す図である。また、図7は、図6のC−C’線断面をY軸方向から見た給電部近傍の構成を示す図である。また、図8は、給電部近傍の詳細な平面構成の一例を示す図である。なお、図6〜図8において図1〜図5の構成と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。ここでは、変形例1において変更された構成や追加された構成について主に説明する。
変形例1においては、前述の回路装荷部19の代わりに回路装荷部19Bがフレキシブルプリント基板14上に搭載されている。この回路装荷部19Bは、給電部16の近傍に配置されている。回路装荷部19Bは、回路基板17上の無線部26等の電気回路部18のインピーダンスと、フレキシブルプリント基板14上のアンテナ部15のインピーダンスとを整合させるための構成要素である。なお、図6〜図8に示す構成例において、図1〜図5の構成と同様の回路装荷部(第1電気回路部)19をアンテナ部15の中央付近に更に追加しても良い。
回路装荷部19Bは、図8に示すように2つの回路部品24(24a、24b)を有している。また、フレキシブルプリント基板14の延長部14aの先端近傍には、給電ランド25の他に、グランドパターン29および接地用ランド30が更に形成されている。グランドパターン29はアンテナ部15と同様に例えば印刷された導電性のパターンにより形成され、接地用ランド30と電気的に接続されている。
回路装荷部19Bの回路部品24cは、一端が配線パターン31を介してアンテナ部15と電気的に接続され、他端が給電ランド25と電気的に接続されている。また、回路装荷部19Bの回路部品24dは、一端が給電ランド25と電気的に接続され、他端がグランドパターン29を介して接地用ランド30と電気的に接続されている。
図7に示すように、回路基板17上には、給電部材23とともに導電部材28が搭載されている。この導電部材28は回路基板17上のグランドパターン27と電気的に接続されており、回路基板17上に固定されている。この導電部材28と対向する位置に、接地用ランド30が形成されている。
従って、各構成要素を図7に示すように組み付けた状態では、フレキシブルプリント基板14が筐体10の第1ケース11と第2ケース12とで挟持され、給電部材23と給電ランド25が電気的に接続されると共に、導電部材28と接地用ランド30とが電気的に接続される。このため、回路部品24c、24dを含む回路装荷部19Bが無線部26、グランドとアンテナ部15との間に接続される。従って、インピーダンスの整合をとることができる。
前述の回路部品24(24a、24b、24c、24d)として利用可能な具体的な回路部品51〜59が、例として図9に示されている。図9の回路部品51〜59のそれぞれについて、以下に簡単に説明する。
回路部品51は、1個のインダクタ(電気コイル)と1個のコンデンサとが並列に接続されて構成されている。回路部品51は、並列共振回路を構成しているのでアンテナ部15の共振周波数特性を調整し、複数の周波数帯で利用可能なアンテナを構成できる。
回路部品52は、1個のインダクタで構成されており、回路部品53は1個のコンデンサで構成されている。この回路部品52又は回路部品53をアンテナ部15に接続することによりアンテナ部15の電気長を調整し、アンテナ部15の共振周波数特性を調整できる。
回路部品54は、1個のインダクタと1個のコンデンサとが直列に接続されて構成されている。回路部品54は、直列共振回路を構成しているので、アンテナ部15の共振周波数特性を調整し、複数の周波数帯で利用可能なアンテナを構成できる。
回路部品55は、1個のインダクタと1個のコンデンサとが並列に接続され、更に1個のコンデンサが直列に接続されて構成されている。回路部品56は、1個のインダクタと1個のコンデンサとが並列に接続され、更に1個のインダクタが直列に接続されて構成されている。回路部品57は、1個のインダクタと1個のコンデンサとが並列に接続されて構成された並列共振回路を2組設け、これらが直列に接続されて構成されている。
回路部品55、56、57は、並列共振回路を構成しているのでアンテナ部15の共振周波数特性を調整し、複数の周波数帯で利用可能なアンテナを構成できる。
回路部品58は、ジグザグ状に形成されたメアンダパターンを1つの素子として備えている。メアンダパターンはリアクタンスを有しているので、インダクタやコンデンサのような他の受動素子と同様の用途に利用することができる。
回路部品59は、メアンダパターンで構成される1つの素子とコンデンサとを並列に接続して構成されている。回路部品59は並列共振回路として構成されているので、共振周波数を調整し、複数の周波数帯で利用可能なアンテナを実現するために利用できる。
なお、図1〜図3に示した構成例においては、アンテナ部15上の1カ所だけに1つの回路装荷部19を接続されているが、複数の回路装荷部19をアンテナ部15に接続しても良い。例えば、図10に示した構成例においては、アンテナ部15C上の互いに異なる位置に2つの回路装荷部33、34が接続されている。このように複数箇所に回路装荷部33、34が接続されることにより、1カ所だけに接続する場合と比べてより広帯域の周波数帯で利用可能な特性を有するアンテナが実現する。
このような本実施形態の携帯無線機によれば、フレキシブルプリント基板14が防水機能を実現する環状弾性部材13と一体に形成されているので、アンテナ部15は環状弾性部材13に沿って、つまり筐体内部の回路基板17のグランド部から離間した箇所に配設することができ、アンテナ性能の劣化を防止できる。また、アンテナ部15に回路装荷部19、19Bが配設されているので、例えばアンテナの電気長を調整したり、共振周波数特性を調整したりすることが可能になる。
なお、本実施形態では形状が変化しない筐体10を用いる場合を想定したが、携帯電話端末などの携帯無線機は開閉やスライドにより筐体10の形状を変更可能な筐体を用いる場合も多い。変形可能な筐体は、例えば互いに独立した上筐体と下筐体とをヒンジ等を介して連結することにより構成される。このような変形可能な筐体を用いる場合には、上筐体と下筐体のいずれか一方に無線回路が搭載された回路基板17を収容し、他方の筐体にアンテナ部15を含むフレキシブルプリント基板14や環状弾性部材13を収容する構成も想定することができる。
本発明は、防水機能を有し、アンテナ性能の劣化を防止すると共にアンテナに接続される回路部が機械的に破損することを回避可能な携帯無線機等に有用である。
10 筐体
11 第1ケース
12 第2ケース
11a,12a 弾性部材保持部
12b 内壁
12c 突出部
13 環状弾性部材
14 フレキシブルプリント基板
15 アンテナ部
16 給電部
17 回路基板
18 電気回路部
19 回路装荷部
20 筐体内空間
21 環状防水部
22 延長部
23 給電部材
24 回路部品
25 給電ランド
26 無線部
27 グランドパターン
28 導電部材
29 グランドパターン
30 接地用ランド
31,32 配線パターン
33,34 回路装荷部
51〜59 回路部品

Claims (4)

  1. 第1ケースと第2ケースとが組み合わされる筐体を有する携帯無線機であって、
    前記第1ケースと前記第2ケースとで挟持された環状弾性部材と、
    前記環状弾性部材と一体に形成され、前記環状弾性部材で囲まれた領域内に配設されたフレキシブルプリント基板と、
    前記フレキシブルプリント基板上に配設されたアンテナ部と、
    前記アンテナ部に配設された第1電気回路部と、
    前記環状弾性部材で囲まれた領域内に配設された回路基板と、
    を備え、
    前記アンテナ部の一部は、前記環状弾性部材の一部に沿って配設され、
    前記第1電気回路部は、前記環状弾性部材の内側に配設され、
    前記アンテナ部と前記回路基板のグランド部とが所定距離以上離間された携帯無線機。
  2. 請求項1に記載の携帯無線機であって、更に、
    前記回路基板上に配設された第2電気回路部を備え、
    前記第1電気回路部は、前記アンテナ部と前記第2電気回路部とのインピーダンスを整合する携帯無線機。
  3. 請求項1に記載の携帯無線機であって、
    前記第1電気回路部は、前記アンテナ部の電気長を制御する携帯無線機。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の携帯無線機であって、
    前記第1電気回路部は、インダクタ素子、コンデンサ素子、メアンダパターンの少なくとも1つを有する携帯無線機。
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