JP3613526B2

JP3613526B2 - 携帯無線機

Info

Publication number: JP3613526B2
Application number: JP2003015675A
Authority: JP
Inventors: 裕斎藤; 芳雄小柳; 賢一山田; 正史越; 由加里山崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP2004229048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ特性の良い折畳式の携帯無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
折畳式の携帯電話機は、一般に、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有するものであり、開いた状態と閉じた状態の２つの状態をとり得る。このため、開いた状態で閲覧する表示画面を大型化できるといった利便性と、閉じた状態ではコンパクトな形状にすることができるといった携帯容易性の２つの利点を有している。
【０００３】
従来の折畳式の携帯電話機用のアンテナとしては、下部筐体に配設された突起型アンテナ（例えば特許文献１参照）や、上部筐体に配設された突起型アンテナ（例えば特許文献２参照）が知られている。これらの突起型アンテナには、一般にヘリカルアンテナや伸縮式モノポールアンテナが用いられており、アンテナ部が筐体から突出しているため、携帯電話機を手で保持した状態でのアンテナ利得を高くすることができるといった利点を有する。
【０００４】
これに対して、従来のフリップ式の携帯電話機の筐体内部に内蔵されるアンテナとしては、コイル状アンテナ（例えば特許文献３参照）やマイクロストリップラインアンテナ（例えば特許文献４参照）といったフリップ部内蔵型アンテナが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７０６６号公報
【特許文献２】
特開２００１−４５１２３号公報
【特許文献３】
特開平９−６４７７８号公報
【特許文献４】
特開平１０−１９０３３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記説明した従来の折畳式の携帯電話機にあっては、アンテナ部分が突起した構造であるため、ポケット等から当該携帯電話機を取り出すときにアンテナ部がポケット等の一部に引っかかって取り出しづらいという問題点があった。
【０００７】
これに対して、上記説明した従来のプリップ式の携帯電話機には、筐体から突出する部分がないためこのような問題点はない。しかし、フリップ部を閉じた状態では携帯電話機本体とフリップ部に内蔵されたアンテナとが近接するため、アンテナの利得性能が劣化してしまうという問題があった。また、アンテナが放射する主偏波の方向が特定方向に限定されるため、通話状態のとき携帯電話機を左手で保持した場合（左手通話状態）と右手で保持した場合（右手通話状態）とで、アンテナ利得に差が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、アンテナを筐体内部に内蔵した折畳式の携帯無線機であり、上部筐体と下部筐体が開閉いずれの状態でも高いアンテナ性能を確保することのできる携帯無線機を提供することを目的としている。また、アンテナを筐体内部に内蔵した折畳式の携帯無線機であり、左手通話、右手通話いずれの状態でも高いアンテナ利得が得られる携帯無線機を提供することも目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る携帯無線機は、上部筺体と下部筺体とをヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式の携帯無線機であって、前記下部筺体内に設けられた導体素子と、前記導体素子と電気的に接続した第１給電部を有し、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のとき前記導体素子と共にダイポールアンテナを構成する、前記上部筺体内に設けられた第１アンテナ素子と、前記導体素子と電気的に接続した第２給電部を有し、前記上部筐体と前記下部筐体が閉じられた状態のときモノポールアンテナを構成する、前記ヒンジ部近傍の前記下部筺体内に設けられた第２アンテナ素子と、前記上部筐体と前記下部筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段と、前記開閉検出手段の検出結果に応じて、信号処理を行う信号処理手段への接続を前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子のいずれか一方を選択して切り換えるスイッチ手段と、を備えている。したがって、上部筐体と下部筐体が開閉いずれの状態でも高いアンテナ性能を確保することができる。
【００１０】
また、本発明に係る携帯無線機は、前記スイッチ手段は、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のときは前記第１アンテナ素子を選択し、前記上部筐体と前記下部筐体が閉じられた状態のときは前記第２アンテナ素子を選択することが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係る携帯無線機は、上部筺体と下部筺体とをヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式の携帯無線機であって、前記下部筺体内に設けられた導体素子と、前記導体素子と電気的に接続した第１給電部を有し、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のとき前記導体素子と共にダイポールアンテナを構成する、前記上部筺体内に設けられた第１アンテナ素子と、前記導体素子と電気的に接続した第２給電部を有し、前記上部筐体と前記下部筐体が閉じられた状態のときモノポールアンテナを構成する、前記ヒンジ部近傍の前記下部筺体内に設けられた第２アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子または前記第２アンテナ素子で受信した信号の受信電界強度を測定する受信電界強度測定手段と、前記受信電界強度測定手段の測定結果に応じて、信号処理を行う信号処理手段への接続を受信電界強度が大きい方のアンテナ素子を選択して切り換えるスイッチ手段と、を備え、前記第１給電部および前記第２給電部は、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のとき対向する辺側の対角の位置に設けられている。したがって、左手通話、右手通話いずれの状態でも高いアンテナ利得が得られる。
【００１２】
さらに、本発明に係る携帯無線機は、前記第１アンテナ素子のインピーダンスを所定値に整合する第１整合手段と、前記第２アンテナ素子のインピーダンスを所定値に整合する第２整合手段と、を備えていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る携帯無線機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る一実施形態の携帯無線機を示す正面図であり、図２は本発明に係る一実施形態の携帯無線機を示す側面図である。これらの図に示すように、本実施形態の携帯無線機は、特許請求の範囲の上部筐体に該当する上ケース４と下部筐体に該当する下ケース５とがヒンジ部６で連結された折畳式の携帯無線機であり、ヒンジ部６を中心として回動することにより開いた状態と閉じた状態の２つの状態をとり得る。なお、上ケース４および下ケース５は絶縁体である樹脂の成型品により構成されている。
【００１５】
上ケース４には、特許請求の範囲の第１アンテナ素子に該当するアンテナ素子１と、発音素子７とが内部に設けられている。アンテナ素子１は板状の導体板である。但し、板状の導体板に限らず、例えば上ケース４内に設けられた回路基板のグランドパターンや、発音素子７を機械的に支持する金属フレームを利用したり、上ケース４自体を構成する金属板を利用したりすることもできる。また、発音素子７は通話時にユーザが音声を聞くときに用いられ、図１に示す座標系でＸ方向にその放音のための音孔面が向けられている。ユーザは、上ケース４外部のＸ側面の発音素子７付近を耳に当てて通話を行う。
【００１６】
また、下ケース５には、特許請求の範囲の第２アンテナ素子に該当するアンテナ素子２と、導体素子に該当する回路基板３とが内部に設けられている。アンテナ素子２はＬ字状の導体板であり、下ケース５の内部のヒンジ部６付近にその長辺部分がＹ軸方向に沿って配置されている。なお、アンテナ素子２の長辺は、無線信号に対して１／４〜１／２波長程度の長さである。
【００１７】
また、回路基板３は、無線通信機能やその他の各種機能を実現する回路が実装されたプリント基板であり、回路の接地電位となるグランドパターンが略全面に形成されている。また、回路基板３は、特許請求の範囲の第１整合手段に該当する整合回路１０と、第２整合手段に該当する整合回路１４と、スイッチ手段に該当する高周波スイッチ１１およびスイッチ制御部２７と、受信電界強度測定手段および信号処理手段に該当する無線回路部１２と、開閉検出手段に該当する開閉検出部２８とを有している。
【００１８】
整合回路１０は、アンテナ素子１のインピーダンスを５０Ωに整合するものであり、給電線９を介して、特許請求の範囲の第１給電部に該当する給電部８でアンテナ素子１と接続されている。整合回路１０は、回路基板３の右側（Ｙ）側寄りの位置に配置されている。また、給電部８は、アンテナ素子１上の、携帯無線機を正面（Ｘ）側から見て右側（Ｙ）側寄りの位置に配置されている。
【００１９】
また、整合回路１４は、アンテナ素子２のインピーダンスを５０Ωに整合するものであり、給電線を介して、特許請求の範囲の第２給電部に該当する給電部１３でアンテナ素子２と接続されている。整合回路１４は、回路基板３上の左側（−Ｙ）側寄りの位置、すなわち整合回路１０に対向する側に配置されている。また、給電部１３は、アンテナ素子２上の、携帯無線機を正面（Ｘ）側から見て左側（−Ｙ）側寄りの位置、すなわち給電部８に対向する側に配置されている。
【００２０】
また、高周波スイッチ１１は、ＦＥＴやＰＩＮダイオード等で構成されており、整合回路１０および整合回路１４のいずれかを選択するものであり、アンテナ素子１またはアンテナ素子２で受信した信号を無線回路部１２に伝送する。また、無線回路部１２は、送信信号および受信信号に対して信号処理を行うものであり、特に、アンテナ素子１またはアンテナ素子２で受信した信号の受信電界強度を測定する。また、開閉検出部２８は、上ケース４と下ケース５の開閉状態を検出するものであり、例えば、永久磁石とホール素子、機械的スイッチ等によって実現される。
【００２１】
また、スイッチ制御部２７は、開閉検出部２８の検出結果または無線回路部１２によって測定された各アンテナ素子１，２の受信電界強度に応じて、受信強度が高い方のアンテナ素子を選択するよう高周波スイッチ１１を制御するものである。なお、後述する理由により、スイッチ制御部２７は、開状態ではアンテナ素子１側を選択し、閉状態ではアンテナ素子２側を選択する。
【００２２】
以上の構成要素を備えた本実施形態の携帯無線機におけるアンテナ動作の説明を行う。なお、以下の説明では、無線周波数を１５００ＭＨｚ（波長が２００ｍｍ）と仮定する。
【００２３】
まず、上ケース４と下ケース５が図１に示すような開かれた状態のアンテナ動作について説明する。この状態で高周波スイッチ１１により整合回路１０側、すなわちアンテナ素子１側が選択された場合は、アンテナ素子１と回路基板３が直線状に並ぶため１波長ダイポールアンテナとして動作する。一方、高周波スイッチ１１により整合回路１４側、すなわちアンテナ素子２側が選択された場合は、アンテナ素子２は給電部１３を介して回路基板３に不平衡給電し、さらにアンテナ素子２とアンテナ素子１が電磁的に結合した状態で動作する。このように、開状態ではいずれのアンテナ素子が選択されても高いアンテナ性能が得られる。
【００２４】
次に、上ケース４と下ケース５が閉じられた状態のアンテナ動作について説明する。この状態で高周波スイッチ１１によりアンテナ素子１側が選択された場合は、アンテナ素子１と回路基板３が近接してアンテナ電流が逆相となって打ち消し合うため、アンテナ性能は劣化する。一方、高周波スイッチ１１によりアンテナ素子２側が選択された場合は、アンテナ素子２は給電部１３を介して回路基板３に不平衡給電する１／４波長モノポールアンテナとして動作するため、アンテナ素子１が選択されたときよりも高いアンテナ性能が得られる。このように、閉状態ではアンテナ素子２側を選択した方が高いアンテナ性能を得ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態の携帯無線機をユーザが左手で保持しながら通話を行う状態のアンテナ動作について説明する。図３〜図７は、本実施形態の携帯無線機を左手で保持する場合（左手通話状態）のアンテナ動作と指向性を示す説明図である。なお、通話状態でユーザが携帯無線機を保持する傾斜角αは一般に６０度が平均的である。図３は、６０度の傾斜角で左手で本実施形態の携帯無線機を保持した状態を示す説明図である。
【００２６】
図４に示すように、高周波スイッチ１１によりアンテナ素子１側が選択された場合は、下ケース５が手で保持されるため、下ケース５に設けられている回路基板３からの電波の放射は低下し、アンテナ素子１上の電流１５からの放射が支配的となる。この結果、水平（ＸＹ）面における主偏波成分は水平（Ｅφ）成分となる。したがって、図５に示すように、水平（ＸＹ）面指向性は、垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性１９よりも水平偏波（Ｅφ）成分の指向性２０の方がＹ方向側（左手側）において高くなる。
【００２７】
一方、図６に示すように、高周波スイッチ１１によりアンテナ素子２側が選択された場合は、アンテナ素子２上の電流１６と電磁的に結合したアンテナ素子１上の電流１７とのベクトル合成による電流１８からの放射が支配的となる。この結果、水平（ＸＹ）面における垂直偏波（Ｅθ）成分は、アンテナ素子１が選択された場合よりも高くなる。したがって、図７に示すように、水平（ＸＹ）面指向性は、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性２２よりも垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性２１の方がＹ方向側（左手側）において高くなる。
【００２８】
一般に、通話状態の携帯無線機の実効的なアンテナ性能を示す指標としては、以下に示す式（１）で示されるパターン平均化利得（ＰＡＧ）が用いられる。なお、式（１）におけるＧθ（φ）およびＧφ（φ）は、それぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分の水平面（ＸＹ面）電力指向性である。また、Ｃ_ＶＨは、アンテナに入射する到来波の交差偏波電力比（水平偏波成分に対する垂直偏波成分の電力比率）に関連する補正係数である。
【００２９】
【数１】

【００３０】
陸上移動通信の多重波環境における一般的な交差偏波電力比は４〜９ｄＢであることが知られている。これは、到来波の垂直偏波の電力が水平偏波の電力より４〜９ｄＢ高いことを示している。したがって、式（１）は、垂直偏波成分に重み付けをして水平面の電力指向性を平均化することを意味する。以降、Ｃ_ＶＨは９ｄＢとして説明する。このため、携帯無線機用のアンテナにあっては、使用状態において垂直偏波成分を高くすることで高いパターン平均化利得（ＰＡＧ）が得られることになる。
【００３１】
なお、このＰＡＧを用いて図５および図７に放射特性を示すと、アンテナ素子１が選択された状態のＰＡＧは−１５ｄＢｄ（ダイポール比利得）であるのに対して、アンテナ素子２が選択された状態のＰＡＧは−１１．５ｄＢｄとなり、３．５ｄＢ高くなる。したがって、左手通話状態では、アンテナ素子２を選択した方がＰＡＧは高くなる。
【００３２】
次に、本実施形態の携帯無線機をユーザが右手で保持しながら通話を行う状態のアンテナ動作について説明する。図８〜図１２は、本実施形態の携帯無線機を右手で保持する場合（右手通話状態）のアンテナ特性と指向性を示す説明図である。なお、図８は、６０度の傾斜角で右手で本実施形態の携帯無線機を保持した状態を示す説明図である。
【００３３】
図９に示すように、高周波スイッチ１１によりアンテナ素子１側が選択された場合は、左手の場合と同様に、下ケース５が手で保持されるため、下ケース５に設けられている回路基板３からの電波の放射は低下し、アンテナ素子１上の電流１５からの放射が支配的となる。この結果、水平（ＸＹ）面における垂直偏波（Ｅθ）成分は、アンテナ素子２が選択された場合よりも高くなる。したがって、図１０に示すように、水平（ＸＹ）面指向性は、水平偏波（Ｅφ）成分の指向性２４よりも垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性２３の方が−Ｙ方向側（右手側）において高くなる。
【００３４】
一方、図１１に示すように、高周波スイッチ１１によりアンテナ素子２側が選択された場合は、アンテナ素子２上の電流１６と電磁的に結合したアンテナ素子１上の電流１７とのベクトル合成による電流１８からの放射が支配的となる。この結果、水平（ＸＹ）面における水平偏波（Ｅφ）成分が高くなる。したがって、図１２に示すように、水平（ＸＹ）面指向性は、垂直偏波（Ｅθ）成分の指向性２５よりも水平偏波（Ｅφ）成分の指向性２６の方が−Ｙ方向側（右手側）において高くなる。
【００３５】
図１２に示すように、アンテナ素子１が選択された状態のＰＡＧは−１１ｄＢｄ（ダイポール比利得）に対して、アンテナ素子２が選択された状態のＰＡＧは−１４ｄＢｄとなり、３ｄＢ低くなる。したがって、右手通話状態では、アンテナ素子１を選択した方がＰＡＧは高くなる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の携帯無線機によれば、上ケース４と下ケース５が開かれた状態ではアンテナ素子１かアンテナ素子２のいずれかアンテナ性能の高い方を選択し、閉じられた状態では強制的にアンテナ素子２側を選択すれば、開閉いずれの状態でも高いアンテナ性能を確保することができる。また、右手通話状態ではアンテナ素子１を選択し、左手通話状態ではアンテナ素子２を選択すれば、左手通話、右手通話いずれの状態でも−１１．５ｄＢｄ以上といった高いアンテナ利得を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、図１に示すように、アンテナ素子１の給電点８を右（Ｙ）側に配置し、アンテナ素子２の給電点１３を左（−Ｙ）側に配置されており、これら給電部の配置を逆転した場合は左手通話状態と右手通話状態におけるＰＡＧの傾向が逆転するが、このような場合であっても上記ダイバーシチ動作による効果を同様に得ることができる。また、アンテナ素子１およびアンテナ素子２に対向するアンテナ素子として、下ケース５に設けられた回路基板３を用いているが、このアンテナ素子は、例えば、回路をシールドする金属板やアンテナ素子専用に設けられた導体板であっても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る携帯無線機によれば、アンテナを筐体内部に内蔵した折畳式の携帯無線機であって、上部筐体と下部筐体が開閉いずれの状態でも高いアンテナ性能を確保することのできる携帯無線機を提供することができる。また、アンテナを筐体内部に内蔵した折畳式の携帯無線機であって、左手通話、右手通話いずれの状態でも高いアンテナ利得が得られる携帯無線機を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の携帯無線機を示す正面図
【図２】図２は本発明に係る一実施形態の携帯無線機を示す側面図
【図３】６０度の傾斜角で左手で本実施形態の携帯無線機を保持した状態を示す説明図
【図４】本実施形態の携帯無線機が左手通話状態で第１アンテナ素子を選択したときのアンテナ動作を示す説明図
【図５】本実施形態の携帯無線機が左手通話状態で第１アンテナ素子を選択したときの指向性を示す説明図
【図６】本実施形態の携帯無線機が左手通話状態で第２アンテナ素子を選択したときのアンテナ動作を示す説明図
【図７】本実施形態の携帯無線機が左手通話状態で第２アンテナ素子を選択したときの指向性を示す説明図
【図８】６０度の傾斜角で右手で本実施形態の携帯無線機を保持した状態を示す説明図
【図９】本実施形態の携帯無線機が右手通話状態で第１アンテナ素子を選択したときのアンテナ動作を示す説明図
【図１０】本実施形態の携帯無線機が右手通話状態で第１アンテナ素子を選択したときの指向性を示す説明図
【図１１】本実施形態の携帯無線機が右手通話状態で第２アンテナ素子を選択したときのアンテナ動作を示す説明図
【図１２】本実施形態の携帯無線機が右手通話状態で第２アンテナ素子を選択したときの指向性を示す説明図
【符号の説明】
１，２アンテナ素子
３回路基板
４上ケース
５下ケース
６ヒンジ部
８，１３給電部
１０，１４整合回路
１１高周波スイッチ
１２無線回路部
２７スイッチ制御部
２８開閉検出部

Claims

上部筺体と下部筺体とをヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式の携帯無線機であって、
前記下部筺体に設けられた導体素子と、
前記導体素子と電気的に接続した第１給電部を有し、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のとき前記導体素子と共にダイポールアンテナを構成する、前記上部筺体に設けられた板状導体からなる第１アンテナ素子と、
前記導体素子と電気的に接続した第２給電部を有し、モノポールアンテナを構成する、前記ヒンジ部近傍の前記下部筺体に設けられた第２アンテナ素子と、
前記第１アンテナ素子又は前記第２アンテナ素子のいずれかを選択するスイッチ手段とを備え、
前記第２アンテナ素子は、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のときに前記第１アンテナ素子と電磁的に結合するように構成され、
前記第１給電部と前記第２給電部とを携帯無線機の幅方向において離間して対向する位置に配置して、前記第１アンテナ素子が選択された場合の前記第１アンテナ素子から放射される偏波方向と、前記第２アンテナ素子が選択された場合に前記第２アンテナ素子とそれに電磁的に結合した第１アンテナ素子から放射される偏波方向とが異なるように構成することを特徴とする携帯無線機。
前記スイッチ手段は、前記第１アンテナ素子または前記第２アンテナ素子で受信した信号の受信電界強度に応じて、前記受信電界強度が大きい方のアンテナ素子を選択することを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
前記スイッチ手段は、前記上部筐体と前記下部筐体が開かれた状態のときは前記第１アンテナ素子または前記第２アンテナ素子を選択し、前記上部筐体と前記下部筐体が閉じられた状態のときは前記第２アンテナ素子を選択することを特徴とする請求項１または２記載の携帯無線機。