JP2012134770A

JP2012134770A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2012134770A
Application number: JP2010285129A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kanazawa; 賢金澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-07-12
Also published as: US20120154225A1

Abstract

【課題】折りたたみ式無線通信装置において、筐体を開けた状態においても、閉じた状態においても、アンテナ特性を良くすることを目的とする。
【解決手段】
無線通信装置において、アンテナを備えた第一の筐体と、前記第一の筐体と接続される第二の筐体と、制御部と、を含み、前記第二の筐体は、前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記アンテナと対向する位置に備えられた第一の導電体と、前記第一の導電体とは異なる位置に備えられた第二の導電体と、前記第一の導電体と前記第二の導電体との導通状態を切替える切替部と、を備え、前記制御部は、前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記切替部を絶縁状態とさせる。
【選択図】図３

Description

開示の技術は、筐体内にアンテナが搭載された無線通信装置に関する。

携帯電話機等の携帯端末装置には、操作性や携帯性の要請等から、筐体を分割してヒンジ部によって開閉可能にしたいわゆる折畳み構造が採用されている。このような携帯端末装置に搭載されるアンテナのアンテナ特性は、安定した通信特性を維持する等、通信品質を確保する上で重要なパラメータである。

移動通信装置に搭載されるアンテナであって、双方の筐体に導体部を備え、双方の導体部が容量的、誘導的又は導電的に結合される通信端末が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１３４９７５号公報

上述の特許文献１に記載の通信端末は、使用時に引き出す形態のアンテナを前提としているが、近年では筐体の小型化の要望に応じ、内蔵型アンテナが主流となっている。
図１は、アンテナを内蔵した折りたたみ式携帯電話機に上述の特許文献１に記載の技術を採用した場合の動作原理を説明する図であり、図１（ａ）は、そのような折りたたみ式携帯電話機の筐体が開いた状態の側面図である。折りたたみ式携帯電話機の一例である携帯端末装置２では、固定部（キーボード側の筐体）４と、可動部（ディスプレイ側の筐体）６とをヒンジ部８によって連結して開閉可能になっている。

図１（ｂ）は、折りたたみ式携帯電話機をアンテナ回路に置き換えた図である。筐体を開いた状態のアンテナ動作においては、固定部４内の金属または金属を含む材料が、第１のアンテナエレメント４０となる。また、可動部６内の金属または金属を含む材料が、第２のアンテナエレメント６０となる。内蔵アンテナ１６は共振器として動作し、第１のアンテナエレメント４０と第２のアンテナエレメント６０が、当該内蔵アンテナ１６に共振する。携帯端末装置２の機能上、手や頭等、人体からの影響を回避し、アンテナ特性の劣化を少なくするために、内蔵アンテナ１６は、手や頭から遠い位置にあるヒンジ部８の近傍に配置されている。共振条件として、一般的には通信する周波数帯域に合わせて、第１のアンテナエレメント４０と第２のアンテナエレメント６０の電気長をそれぞれλ／４とし、筐体を開いた状態で、装置全長として電気長が約λ／２のダイポールアンテナを構成する。図１（ｂ）の矢印で示す様に、第１のアンテナエレメント４０と第２のアンテナエレメント６０に筐体電流Ｉ（高周波電流）が流れる。この筐体電流が大きいほど良いアンテナとなる。

図１で説明した折りたたみ式携帯電話機は、アンテナエレメントを筐体に含まれる金属部材全体としているが、図２はアンテナエレメントを携帯電話機内の基板のグランド（接地）層としている例を表す。図２（ａ）は、筐体を開いた状態を表す。固定部４内の第１の回路基板４２には第１のグランド層４４が形成されている。但し、第１の回路基板４２上のヒンジ部８に近い領域には、第１のグランド層４４は形成されず、この領域に給電点１８を介して内蔵アンテナ１６が接続されている。この領域を図２（ｂ）に示すようにアンテナ領域Ｘ１とする。可動部６内の第２の回路基板６２にも第２のグランド層６４が形成されている。第２のグランド層６４は、内蔵アンテナ１６に容量結合し、第１のグランド層４４と、第２のグランド層６４とでアンテナエレメントを構成している。

しかしながら、図２（ｂ）に示す様に、筐体を閉じた状態では、内蔵アンテナ１６が配置されているアンテナ領域Ｘ１が、第２のグランド層６４の一部と重なって配置されてしまう。すると、第２のグランド層６４が内蔵アンテナ１６への電波を遮蔽すると共に、内蔵アンテナ１６とグランド層６４が容量結合し、アンテナから放射されるべき電力が第２のグランド層６４を介してグランド（接地）側に吸収されてしまう。このため、アンテナから放射されるべき電力が損失してしまい、アンテナ特性が劣化してしまう。よって、筐体を開けた状態においても、閉じた状態においても、アンテナ特性を良くすることが望まれる。

開示の無線通信装置の一観点によれば、アンテナを備えた第一の筐体と、前記第一の筐体と接続される第二の筐体と、制御部とを含み、前記第二の筐体は、前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記アンテナと対向する位置に備えられた第一の導電体と、前記第一の導電体とは異なる位置に備えられた第二の導電体と、前記第一の導電体と前記第二の導電体との導通状態を切替える切替部とを備え、前記制御部は、前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記切替部を絶縁状態とさせる無線通信装置が提供される。

開示の無線通信装置によれば、筐体を開けた状態においても、閉じた状態においても、良好なアンテナ特性が得られるという効果を奏する。

一般的な折りたたみ式携帯電話機のアンテナの動作原理を説明する図である。図２はアンテナエレメントを携帯電話機内の基板のグランド層としている例を説明する図である。開示の技術を適用した折りたたみ式携帯電話機の内部構造のイメージ図である。開示の技術を適用した折りたたみ式携帯電話機の内部構造のイメージ図である。スイッチ回路の例を示す図である。筐体の開閉状態とスイッチの動作との関係を示す図である。筐体の開閉状態とアンテナ編成との関係を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本開示の技術にかかる好適な実施の形態を詳細に説明する。

図３は、開示の技術を適用した折りたたみ式携帯電話機の構造を示す。図３は筐体が開いた状態の内部構造のイメージ図を示す。携帯端末装置２では、固定部（キーボード側の筐体）４と、可動部（ディスプレイ側の筐体）６とをヒンジ部８によって連結して開閉可能になっている。固定部４に内蔵された第１の回路基板４２と可動部６に内蔵された第２の回路基板６２とはヒンジ部８内を通るフレキシブルケーブル１０により接続される。フレキシブルケーブル１０は、第１の回路基板４２と第２の回路基板６２との間の制御信号等のデータを伝送する。固定部４側の可動部６と対向する位置には、センサ１４が設けられている。可動部６側の前記センサ１４と対向する位置には、磁石２２が設けられている。センサ１４はＭＲセンサ等、磁気を感知するセンサであって、筐体の開閉状態を検知するためにするために用いられる。前記センサ１４と磁石２２は、一般的な折りたたみ式携帯電話機において、表示部の電源制御に多用されているものを兼用してもよい。ヒンジ部８から前記センサ１４までの距離と、ヒンジ部８から前記磁石２２までの距離は、ほぼ等しく、筐体の開閉によって、前記磁石２２から前記センサまでの磁気が変化する位置に設置される。センサ１４からの制御信号は、固定部４の第１の回路基板４２内、フレキシブルケーブル１０内、可動部６内の第２の回路基板６２を介して、第２の回路基板６２上のスイッチ１２へ伝えられる。センサ１４と磁石２２の配置は、センサ１４を可動部６内の第２の回路基板６２に配置し、磁石２２を固定部４側の可動部６と対向する位置に配置してもよい。

固定部４内の第１の回路基板４２には第１のグランド層４４が形成されている。第１のグランド層４４は、例えば、その厚みが１ｍｍ程度以下に設定されており、固定部４内部の操作キーやマイクなどの他の構成部品と構造的に干渉しないように配置されている。また本実施の形態では、第１の回路基板４２上に配置しているが、第１の回路基板４２内に配置された金属パターン、金属層でもよい。あるいは、固定部４内に含まれる筐体部材、部品を含めた金属全体としてもよい。

第１の回路基板４２上のヒンジ部８に近い領域には、第１のグランド層４４は形成されず、この領域に給電点１８を介して、第１の回路基板４２の第１のグランド層４４が形成された面とは反対の面に内蔵アンテナ１６が接続されている。内蔵アンテナ１６は、送受信等に用いられる希望周波数ｆの波長λの４分の１波長（λ／４）の電気長のメアンダ状または線状アンテナとされる。給電点１８の先は、第１の回路基板４２上に設けられた無線信号処理部に、整合回路（図示なし）を介して接続されている。この第１のグランド層４４が無く、内蔵アンテナ１６から整合回路までの領域をアンテナ領域４６という。

可動部６内の第２の回路基板６２上のヒンジ部８より遠い領域には、第２のグランド層（導電体）６４が形成されている。第２のグランド層６４が形成されている領域の第２の回路基板６２には、ディスプレイ表示の制御回路、スピーカー制御回路等が実装されている。第２の回路基板６２上のヒンジ部８に近い領域には、導電体からなる導電層６６が形成されている。導電層６６が形成されている領域の第２の回路基板６２上には、回路等は実装されてない。第２のグランド層６４及び、導電層６６は、その厚みが、例えば、１ｍｍ程度に設定され、厚みが、例えば６ｍｍ程度と薄い可動部６の内部において、スピーカーや表示素子などの他の構成部品と構造的に干渉しないように配置されている。あるいは、第２のグランド層６４及び、導電層６６は、第２の回路基板６２上または内部に配置された金属パターンでもよい。

図３（ｂ）に示した様に、第１のグランド層４４の電気長Ｌ１は、通信する周波数帯域に対してλ／４とされている。第２のグランド層６４の電気長Ｌ２と、導体層６６の電気長Ｌ３とを合わせた長さは、電気長Ｌ１と同じく周波数帯域に対してλ／４とされている。

第２のグランド層６４と導電層６６との境界の第２の回路基板６２上には、スイッチ１２が設けられている。スイッチ１２の一方の端子は、第２のグランド層６４に接続され、他方の端子は、導電層６６に接続されている。スイッチ１２は、ＰＩＮダイオードや単極／双投スイッチ（ＳＰＤＴ：Single-pole/double-throw switch 又はSingle pole/dual-throw switch ）等で構成し、導電層６６を第２のグランド層６４に接続か非接続かに切り換えるようにする。

図４は、開示の技術を適用した折りたたみ式携帯電話機の構造を示す。図４は筐体を閉じた状態の内部構造のイメージ図を示す。図４に示すように、筐体を閉じた状態では、導電層６６は、内蔵アンテナ１６と近接して平行な位置に配置される。導電層６６の長さＬ３と、導電層６６と第２のグランド層６４との間隔Ｌ４とを合わせた長さは、アンテナ領域４６と同じ長さとされる。

図５は、スイッチ１２をＰＩＮダイオードで構成した回路の一例を示す。スイッチ１２は、ＰＩＮダイオード３０、チョークコイル３２、ＤＣカットコンデンサ３４、及び、抵抗３６より構成される。図５（ａ）は、ＰＩＮダイオード３０の向きを、アノード側を第２のグランド層６４とし、カソード側を導電層６６とした例を示す。ＰＩＮダイオード３０のアノードには、抵抗３６が接続され、抵抗３６の他方の端子３８には、センサ１４からの制御信号が入力される。ＰＩＮダイオード３０のカソードは、導電層６６に接続される。センサ１４からの制御信号が入力されない状態では、ＰＩＮダイオード３０は、高インピーダンス状態で、第２のグランド層６４と導電層６６と間には電流は流れない。センサ１４から正電位でアクティブのＯＮ信号が抵抗３６を介してアノ−ドに入力されると、ＰＩＮダイオード３０に順方向バイアスがかかり、ＰＩＮダイオード３０、及びチョークコイル３２を介して、第２のグランド層６４へ電流が流れ、導電層６６と第２のグランド層６４は導通状態となる。ＤＣカットコンデンサ３４は、ＰＩＮダイオード３０に流れる電流が、第２のグランド層６４へ流れ込むのを防ぐ働きをする。

図５（ｂ）は、ＰＩＮダイオード３０の向きを、アノード側を導電層６６とし、カソード側を第２のグランド層６４とした例を示す。ＰＩＮダイオード３０のカソードには、抵抗３６が接続され、抵抗３６の他方の端子３８には、センサ１４からの制御信号が入力される。アノードは、導電層６６に接続される。センサ１４からの制御信号が入力されない状態では、ＰＩＮダイオード３０は、高インピーダンス状態で、第２のグランド層６４と導電層６６と間には電流は流れない。センサ１４から負電位でアクティブのＯＮ信号が抵抗３６を介してカソードに入力されると、ＰＩＮダイオード３０に順方向バイアスがかかり、第２のグランド層６４からチョークコイル３２、ＰＩＮダイオード３０へ電流が流れ、導電層６６と第２のグランド層６４は導通状態となる。スイッチ１２は、図５の構成の他に、電子式スイッチでも、機械式スイッチでも、高周波に対応しているものであれば、何でもよい。

次に、図６、図７を参照して、アンテナの動作切り換えについて説明する。図６は、筐体の開閉状態とスイッチの動作との関係を示す図である。図７は、筐体の開閉状態とアンテナ編成との関係を示す図である。

図６（ａ）は、図３に示す様に、携帯端末装置２の固定部４と、可動部６とを開いた状態のスイッチ１２とセンサ１４の構成を示すブロック図である。この状態では、前記センサ１４と、前記磁石２２との距離が離れているため、前記センサ１４は、前記磁石２２からの磁気を感知できなくなり、前記スイッチ１２をショートとするＯＮ信号を送出する。その結果、第２のグランド層６４と、導電層６６は、電気的に短絡した状態となる。この結果、図７（ａ）に示すように、第２のグランド層６４と導電層６６とが、内蔵アンテナ１６に容量結合し、電気長がλ／４の共振器となって、電気長λ／２の共振状態を作り出す。

図６（ｂ）は、図４に示す様に、携帯端末装置２の固定部４と、可動部６とを閉じた状態のスイッチ１２とセンサ１４の構成を示すブロック図である。この状態では、前記センサ１４と、磁石２２との距離が近くなるため、前記センサ１４は、磁石２２からの磁気を感知しているので、前記スイッチ１２をオープンとする信号を送出する。その結果、第２のグランド層６４と、導電層６６とは、絶縁された状態となる。つまり、図４に示すアンテナ領域４６内にある導電層６６は、フローティング状態となる。この結果、図７（ｂ）に示すように、給電部１８に接続されたλ／４長の内蔵アンテナ１６のみがアンテナエレメントとなり、電気長λ／４のモノポールアンテナが構成される。

例えば、前記スイッチ１２が無いと、携帯端末装置２の固定部４と、可動部６とを閉じた状態でも、第２のグランド層６４と、導電層６６とが導通したままとなってしまう。この場合、第２のグランド層６４と導電層６６とが内蔵アンテナ１６への電波を遮蔽するだけでなく、内蔵アンテナ１６と導電層６６とが容量結合し、アンテナから放射されるべき電力が、導電層６６を介して第２のグランド層６４のグランド（接地）側に吸収されてしまう。このため、アンテナから放射されるべき電力が損失してしまい、アンテナ特性が劣化してしまう。

しかしながら、本実施形態においては、前記スイッチ１２によって、導電層６６はフローティング状態となる。このため、導電層６６は、内蔵アンテナ１６とは容量結合しないため、アンテナから放射されるべき電力が導体層６６を介してグランド（接地）側に吸収されなくなるので、アンテナ特性への影響も少なくなる。また、導電層６６は、金属ではあるが、筐体を閉じた状態での共振条件のλ／２に比べて極めて短いため、内蔵アンテナ１６の放射を妨げることは無い。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述の実施形態においては折りたたみ式の携帯電話機の例を説明したが、複数の筐体を備えた携帯電話機であればスライド式や回転式や分離式等のいずれの形態であっても上述の構成が適用可能である。

また、無線通信装置としては、携帯電話機に限定されない。例えば、無線通信装置は、開閉機構を有するＰＤＡ、ノートパソコンあるいは小型ゲーム機であってもよい。

２携帯端末装置
４固定部
６可動部
８ヒンジ部
１０フレキシブルケーブル
１２スイッチ
１４センサ
１６内蔵アンテナ
１８給電点
２０浮遊容量
２２磁石
３０ＰＩＮダイオード
３２チョークコイル
３４ＤＣカットコンデンサ
３６抵抗
３８他方の端子
４０第１のアンテナエレメント
４２第１の回路基板
４４第１のグランド層
４６アンテナ領域
６０第２のアンテナエレメント
６２第２の回路基板
６４第２のグランド層
６６導電層

Claims

アンテナを備えた第一の筐体と、前記第一の筐体と接続される第二の筐体と、制御部と、を含む無線通信装置であって、
前記第二の筐体は、
前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記アンテナと対向する位置に備えられた第一の導電体と、
前記第一の導電体とは異なる位置に備えられた第二の導電体と、
前記第一の導電体と前記第二の導電体との導通状態を切替える切替部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一の筐体と前記第二の筐体とが重ねられた状態において、前記切替部を絶縁状態とさせることを特徴とする無線通信装置。
前記第一の筐体に第三の導電体を備え、
前記第一の筐体と第二の筐体とを開いた状態において、
前記アンテナ、前記第一の導電体、前記第二の導電体及び前記第三の導電体が容量結合する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。