JP3645949B2 - 可動ハウジング要素に内蔵されたｒｆ回路を有する電子装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、アンテナを含む無線周波数（ＲＦ）回路に関し、さらに詳しくは、これらのＲＦ回路を電子装置の可動ハウジング要素に内蔵することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯無線装置などの電子装置は小型化が進み、利用者および製造業者は多機能化を要求している。その結果、ある無線装置は、ダイバーシチ用の第２アンテナを提供するため、あるいは美観のため主アンテナを隠すために、コンパクトな内蔵アンテナを必要とする。
【０００３】
携帯無線装置の表面のほとんどはユーザの手によって通常遮られるので、内蔵アンテナの論理的な配置は無線電話ハウジングの延長部分となる。この延長ハウジングは、フリップを外側に回転することにより、無線電話ハウジングの一部をねじることにより、あるいは無線電話ハウジングの一部を第１位置から第２位置にスライドさせることにより、実現できる。このような携帯無線装置は、ハウジング要素が第１位置ならびに第２位置にあるときに有効な動作モードを有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、可動ハウジング要素に内蔵されるように設計されたアンテナまたはＲＦ回路は、第１位置および第２位置の両方で良好に動作するように設計しなければならない。第２位置におけるアンテナが携帯無線装置の電気構成要素と近接し、第１位置におけるアンテナが無線装置の内部構成要素からさらに離れる場合に、アンテナ設計における問題が生じる。一般に、アンテナは、最大限のアンテナ性能のため電力増幅器のインピーダンスと整合するように同調しなければならない。アンテナの整合は、動作中のアンテナの位置に大きく依存する。ここで、アンテナは、効率的動作しなければならない２つの物理的な位置を有する。アンテナが第１位置のときに同調すると、アンテナがトランシーバの電気構成要素付近の第２位置のとき、アンテナは離調(detune)する。離調したアンテナは電力増幅器に対してインピーダンス整合が悪く、性能が著しく低下する。従って、可動ハウジング要素が第１位置および第２位置のときでも効率的に動作するアンテナを開発することが必要である。
【０００５】
【実施例】
図１は、本発明の好適な実施例の図である。ここで、アンテナ・システムは、モトローラ社から入手可能な１．９ＧＨｚ日本ポケット電話などの携帯無線電話１００に内蔵される。携帯無線電話は、一般に、キーパッド１０２，ディスプレイ１０４，スピーカ１０６，マイクロフォン（図示せず）ならびに無線電話の電子構成要素を含む。無線電話１００は、無線周波数信号を利用して、遠隔トランシーバ（図示せず）と図１に示す無線電話１００などの複数の無線電話との間で通信を行う無線電話システムの一部である。アンテナは、遠隔トランシーバと無線電話との間で無線周波数信号を送受信するために用いられる。従来の技術で説明したように、無線電話のハウジングの延長部分に内蔵されるアンテナを提供することが望ましい。
【０００６】
ここで、無線電話１００のハウジングは、第１ハウジング要素１０１と第２ハウジング要素１０３とに分離される。フリップ(flip)とも呼ばれる第１ハウジング要素１０１は、第２ハウジング要素１０３に対して移動可能である。第２ハウジング要素１０３は、携帯無線電話の電子構成要素の実質的な部分を収容する。本発明は、第１ハウジングを第２ハウジングに対して、ねじること、回転させることまたはスライドさせることにより、第１ハウジング要素が第１位置と第２位置との間で移動する他の無線装置において具現できることが予想される。図２は、第２可動ハウジング要素１０１が閉位置すなわち第２位置にある図１の無線電話１００の図である。
【０００７】
好適な実施例ではアンテナ・システムは、第１可動ハウジング要素１０１内に設けられたアンテナ１０５，第１可動ハウジング要素１０１内に設けられ、アンテナ１０５のフィード点１１１に配置された第１対の導電プレート１０７，１０９を含む。導電プレート１０７は、アンテナ１０５の第１端子１０８に電気的に接続され、導電プレート１０９は、アンテナ１０５の第２端子１１０に電気的に接続される。好適な実施例では、アンテナ１０５は半波長ダイポールであるが、ループ・アンテナ、パッチ・アンテナまたはモノポール・アンテナなど他のアンテナも代用できる。アンテナの種類に関係なく、第１対の導電プレート１０７，１０９は、アンテナ１０５のフィード点に配置される。こで、ダイポールのフィード点１１１は、図１に示すように配置される。第２導電プレート１１３は、図１に示すように、第２ハウジング要素１０３内に設けられる。導電プレート１０７，１０９，１１３は、アンテナ・システムに並列容量(shunt capacitance) を追加する。あるいは、導電プレートによって形成される分路負荷キャパシタンスは、アンテナの直接フィード点から離してもよい。容量性プレートの寸法およびアンテナに沿ったそれらの位置、あるいはアンテナに給電するフリップにおける伝送線の寸法を変更することにより、非常に広い範囲のンテナ・インピーダンスを整合できる。
【０００８】
図３は、図１の無線電話１００の一部の図である。詳しくは、図３は、伝送線３１７を介してアンテナ１０５とトランシーバ３１５との間の接続を示すために用いられる。トランシーバ３１５は、無線電話の電子構成要素の一部である。アンテナ１０５は、第１可動ハウジング要素が開位置、すなわち第１位置のときに、トランシーバ３１５のインピーダンスに整合するように同調される。第１可動ハウジング要素１０１が第１位置のとき、第１対の導電プレート１０７，１０９は、フィード点インピーダンスに対してわずかな量の並列容量しか寄与しない。この追加並列容量の量は、アンテナ１０５の同調において容易に補償できる。
【０００９】
第２導電プレート１１３は、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のときに、第１対の導電プレート１０７，１０９および第２導電プレート１１３が互いに平行かつ非常に近接するように、第２ハウジング要素に配置される。この平行なプレート配置により、アンテナ・フィード点１１１における並列容量が大幅に増加する。並列容量の増加は、アンテナ１０５を効果的に再同調し、アンテナを無線電話の電子構成要素に非常に接近させても、アンテナ１０５の最大性能を維持する。
【００１０】
図１に示すように、アンテナ１０５が第１位置における第１可動ハウジング要素１０１で最適化されると、アンテナ１０５は自由空間動作用に実質的に同調される。図２に示すように、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のとき、無線電話電子構成要素に接近する。誘電体(dielectric)が存在しない場合、第１可動ハウジング要素が第２位置では、放射抵抗(radiationresistance)は低下し、アンテナ・インピーダンスは容量性リアクタンスによって支配されることが画像理論(imagetheory)から予測される。この場合、フィード点に並列容量を追加することは、無線電話の電子構成要素によって生じる離調影響を補償しない。
【００１１】
実践では、図２に示すように第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のとき、アンテナ１０５は無線電話の電子構成要素から空気によって分離されず、むしろ、ハウジング，キーパッドおよびディスプレイによって生じるさまざまな誘電層によって分離される。これらの誘電層は、１よりも大きい誘電率を有する。誘電率の高い材料の存在は、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のときに、アンテナの有効電気的長さを増加し、それによりアンテナ・インピーダンスを容量性ではなく誘導性にする。そのため、導電プレート１０７，１０９，１１３によって形成される並列容量の追加は、アンテナ・インピーダンスをトランシーバのインピーダンスに再整合する。すなわち、並列容量は、アンテナ１０５の有効電気的長さを、アンテナ１０５が第１位置のときの有効電気的長さと等しくなるように調整する。これらの効果は、図４ないし図６に示すように、シミュレーションおよび実験によって確認された。
【００１２】
好適な実施例の説明では、無線電話の可動ハウジング要素へのアンテナの内蔵について説明したが、本発明は、任意のＲＦ回路を電子装置の可動ハウジング要素に内蔵することに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、開位置における可動ハウジング要素を有する無線電話の図である。
【図２】本発明による、閉位置における可動ハウジング要素を有する図１に示す無線電話の図である。
【図３】本発明による図１の無線電話の一部の図である。
【図４】自由空間におけるアンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【図５】ユーザの手元付近の通常使用位置におけるアンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【図６】無線装置筺体に近接した（フリップを閉じた）アンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【符号の説明】
１００ 携帯無線電話
１０１ 第１ハウジング要素
１０２ キーパッド
１０３ 第２ハウジング要素
１０４ ディスプレイ
１０５ アンテナ
１０６ スピーカ
１０７，１０９ 導電プレート
１０８ 第１端子
１１０ 第２端子
１１１ フィード点
１１３ 第２導電プレート
３１５ トランシーバ
３１７ 伝送線
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、アンテナを含む無線周波数（ＲＦ）回路に関し、さらに詳しくは、これらのＲＦ回路を電子装置の可動ハウジング要素に内蔵することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯無線装置などの電子装置は小型化が進み、利用者および製造業者は多機能化を要求している。その結果、ある無線装置は、ダイバーシチ用の第２アンテナを提供するため、あるいは美観のため主アンテナを隠すために、コンパクトな内蔵アンテナを必要とする。
【０００３】
携帯無線装置の表面のほとんどはユーザの手によって通常遮られるので、内蔵アンテナの論理的な配置は無線電話ハウジングの延長部分となる。この延長ハウジングは、フリップを外側に回転することにより、無線電話ハウジングの一部をねじることにより、あるいは無線電話ハウジングの一部を第１位置から第２位置にスライドさせることにより、実現できる。このような携帯無線装置は、ハウジング要素が第１位置ならびに第２位置にあるときに有効な動作モードを有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、可動ハウジング要素に内蔵されるように設計されたアンテナまたはＲＦ回路は、第１位置および第２位置の両方で良好に動作するように設計しなければならない。第２位置におけるアンテナが携帯無線装置の電気構成要素と近接し、第１位置におけるアンテナが無線装置の内部構成要素からさらに離れる場合に、アンテナ設計における問題が生じる。一般に、アンテナは、最大限のアンテナ性能のため電力増幅器のインピーダンスと整合するように同調しなければならない。アンテナの整合は、動作中のアンテナの位置に大きく依存する。ここで、アンテナは、効率的動作しなければならない２つの物理的な位置を有する。アンテナが第１位置のときに同調すると、アンテナがトランシーバの電気構成要素付近の第２位置のとき、アンテナは離調(detune)する。離調したアンテナは電力増幅器に対してインピーダンス整合が悪く、性能が著しく低下する。従って、可動ハウジング要素が第１位置および第２位置のときでも効率的に動作するアンテナを開発することが必要である。
【０００５】
【実施例】
図１は、本発明の好適な実施例の図である。ここで、アンテナ・システムは、モトローラ社から入手可能な１．９ＧＨｚ日本ポケット電話などの携帯無線電話１００に内蔵される。携帯無線電話は、一般に、キーパッド１０２，ディスプレイ１０４，スピーカ１０６，マイクロフォン（図示せず）ならびに無線電話の電子構成要素を含む。無線電話１００は、無線周波数信号を利用して、遠隔トランシーバ（図示せず）と図１に示す無線電話１００などの複数の無線電話との間で通信を行う無線電話システムの一部である。アンテナは、遠隔トランシーバと無線電話との間で無線周波数信号を送受信するために用いられる。従来の技術で説明したように、無線電話のハウジングの延長部分に内蔵されるアンテナを提供することが望ましい。
【０００６】
ここで、無線電話１００のハウジングは、第１ハウジング要素１０１と第２ハウジング要素１０３とに分離される。フリップ(flip)とも呼ばれる第１ハウジング要素１０１は、第２ハウジング要素１０３に対して移動可能である。第２ハウジング要素１０３は、携帯無線電話の電子構成要素の実質的な部分を収容する。本発明は、第１ハウジングを第２ハウジングに対して、ねじること、回転させることまたはスライドさせることにより、第１ハウジング要素が第１位置と第２位置との間で移動する他の無線装置において具現できることが予想される。図２は、第２可動ハウジング要素１０１が閉位置すなわち第２位置にある図１の無線電話１００の図である。
【０００７】
好適な実施例ではアンテナ・システムは、第１可動ハウジング要素１０１内に設けられたアンテナ１０５，第１可動ハウジング要素１０１内に設けられ、アンテナ１０５のフィード点１１１に配置された第１対の導電プレート１０７，１０９を含む。導電プレート１０７は、アンテナ１０５の第１端子１０８に電気的に接続され、導電プレート１０９は、アンテナ１０５の第２端子１１０に電気的に接続される。好適な実施例では、アンテナ１０５は半波長ダイポールであるが、ループ・アンテナ、パッチ・アンテナまたはモノポール・アンテナなど他のアンテナも代用できる。アンテナの種類に関係なく、第１対の導電プレート１０７，１０９は、アンテナ１０５のフィード点に配置される。こで、ダイポールのフィード点１１１は、図１に示すように配置される。第２導電プレート１１３は、図１に示すように、第２ハウジング要素１０３内に設けられる。導電プレート１０７，１０９，１１３は、アンテナ・システムに並列容量(shunt capacitance) を追加する。あるいは、導電プレートによって形成される分路負荷キャパシタンスは、アンテナの直接フィード点から離してもよい。容量性プレートの寸法およびアンテナに沿ったそれらの位置、あるいはアンテナに給電するフリップにおける伝送線の寸法を変更することにより、非常に広い範囲のンテナ・インピーダンスを整合できる。
【０００８】
図３は、図１の無線電話１００の一部の図である。詳しくは、図３は、伝送線３１７を介してアンテナ１０５とトランシーバ３１５との間の接続を示すために用いられる。トランシーバ３１５は、無線電話の電子構成要素の一部である。アンテナ１０５は、第１可動ハウジング要素が開位置、すなわち第１位置のときに、トランシーバ３１５のインピーダンスに整合するように同調される。第１可動ハウジング要素１０１が第１位置のとき、第１対の導電プレート１０７，１０９は、フィード点インピーダンスに対してわずかな量の並列容量しか寄与しない。この追加並列容量の量は、アンテナ１０５の同調において容易に補償できる。
【０００９】
第２導電プレート１１３は、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のときに、第１対の導電プレート１０７，１０９および第２導電プレート１１３が互いに平行かつ非常に近接するように、第２ハウジング要素に配置される。この平行なプレート配置により、アンテナ・フィード点１１１における並列容量が大幅に増加する。並列容量の増加は、アンテナ１０５を効果的に再同調し、アンテナを無線電話の電子構成要素に非常に接近させても、アンテナ１０５の最大性能を維持する。
【００１０】
図１に示すように、アンテナ１０５が第１位置における第１可動ハウジング要素１０１で最適化されると、アンテナ１０５は自由空間動作用に実質的に同調される。図２に示すように、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のとき、無線電話電子構成要素に接近する。誘電体(dielectric)が存在しない場合、第１可動ハウジング要素が第２位置では、放射抵抗(radiationresistance)は低下し、アンテナ・インピーダンスは容量性リアクタンスによって支配されることが画像理論(imagetheory)から予測される。この場合、フィード点に並列容量を追加することは、無線電話の電子構成要素によって生じる離調影響を補償しない。
【００１１】
実践では、図２に示すように第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のとき、アンテナ１０５は無線電話の電子構成要素から空気によって分離されず、むしろ、ハウジング，キーパッドおよびディスプレイによって生じるさまざまな誘電層によって分離される。これらの誘電層は、１よりも大きい誘電率を有する。誘電率の高い材料の存在は、第１可動ハウジング要素１０１が第２位置のときに、アンテナの有効電気的長さを増加し、それによりアンテナ・インピーダンスを容量性ではなく誘導性にする。そのため、導電プレート１０７，１０９，１１３によって形成される並列容量の追加は、アンテナ・インピーダンスをトランシーバのインピーダンスに再整合する。すなわち、並列容量は、アンテナ１０５の有効電気的長さを、アンテナ１０５が第１位置のときの有効電気的長さと等しくなるように調整する。これらの効果は、図４ないし図６に示すように、シミュレーションおよび実験によって確認された。
【００１２】
好適な実施例の説明では、無線電話の可動ハウジング要素へのアンテナの内蔵について説明したが、本発明は、任意のＲＦ回路を電子装置の可動ハウジング要素に内蔵することに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、開位置における可動ハウジング要素を有する無線電話の図である。
【図２】本発明による、閉位置における可動ハウジング要素を有する図１に示す無線電話の図である。
【図３】本発明による図１の無線電話の一部の図である。
【図４】自由空間におけるアンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【図５】ユーザの手元付近の通常使用位置におけるアンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【図６】無線装置筺体に近接した（フリップを閉じた）アンテナの反射減衰量特性を示す図表である。
【符号の説明】
１００ 携帯無線電話
１０１ 第１ハウジング要素
１０２ キーパッド
１０３ 第２ハウジング要素
１０４ ディスプレイ
１０５ アンテナ
１０６ スピーカ
１０７，１０９ 導電プレート
１０８ 第１端子
１１０ 第２端子
１１１ フィード点
１１３ 第２導電プレート
３１５ トランシーバ
３１７ 伝送線
Claims (7)
- 第１ハウジング要素および第２ハウジング要素を有する電子装置において、前記第１ハウジング要素が第１位置と第２位置との間で移動可能であり、第１ハウジング要素と第２ハウジング要素とは移動可能に連結されており、前記第２位置は、第２ハウジング要素の少なくとも一部が第１ハウジング要素によって被覆される閉鎖位置であり、前記第１位置は、前記第２位置において第１ハウジング要素によって被覆される第２ハウジング要素の部分が開放される開放位置である電子装置であって：
前記第１ハウジング要素内に設けられた、インピーダンスを有するアンテナ；
前記第１ハウジング要素内に設けられ、かつ前記アンテナに電気的に接続されている第１導電プレート；および
前記第２ハウジング要素内に設けられた第２導電プレートであって、前記第１ハウジング要素が第１位置のとき、該第２導電プレートは前記アンテナのインピーダンスに対して最小限の影響を有し、前記第１ハウジング要素が第２位置のとき、該第２導電プレートは第１導電プレートと平行に近接し、それにより前記アンテナのインピーダンスが所定のインピーダンスに整合されるように配置された第２導電プレート；によって構成されることを特徴とする電子装置。 - 前記第１ハウジング要素は、前記第１位置と前記第２位置との間でフリップされることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
- 第１ハウジング要素および第２ハウジング要素を有する無線装置において、前記第１ハウジング要素が第１位置と第２位置との間で移動可能であり、第１ハウジング要素と第２ハウジング要素とは移動可能に連結されており、前記第２位置は、第２ハウジング要素の少なくとも一部が第１ハウジング要素によって被覆される閉鎖位置であり、前記第１位置は、前記第２位置において第１ハウジング要素によって被覆される第２ハウジング要素の部分が開放される開放位置である無線装置であって：
前記第１ハウジング要素内に設けられた、電気的長さおよびフィード点を有するアンテナ；
前記第１ハウジング要素内に設けられ、かつ前記アンテナのフィード点に配置され、同アンテナに電気的に接続されている少なくとも第１導電プレート；および
前記第２ハウジング要素内に設けられた第２導電プレートであって、前記第１ハウジング要素が第１位置のとき、前記アンテナは、効率的に動作するように同調されており、前記第１ハウジング要素が第２位置のとき、該第２導電プレートは前記少なくとも第１導電プレートに平行に近接し、それにより前記アンテナの有効電気的長さを、前記第１ハウジング要素が第１位置のときのアンテナの有効電気的長さと等しくなるように調整するように配置された第２導電プレート；
によって構成されることを特徴とする無線装置。 - 前記少なくとも第１導電プレートは、前記アンテナのフィード点に配置されることを特徴とする請求項３記載の無線装置。
- 前記アンテナは半波長ダイポール・アンテナであることを特徴とする請求項３記載の無線装置。
- 前記無線装置は、他の電子構成要素を収容し、前記他の電子構成要素の実質的な部分は前記第２ハウジング要素内に設けられ、それにより前記第２ハウジングに大きな導電体を形成し、そのため前記第１ハウジング要素が第２位置のとき、前記電子構成要素が前記アンテナに接近することにより、前記アンテナは離調されるが、前記少なくとも第１導電プレートおよび前記第２導電プレートの寸法および位置が、前記アンテナの有効電気的長さを、前記第１ハウジング要素が第１位置のときのアンテナの有効電気的長さと等しくなるように調整するように設定されていることによって、アンテナが再同調されることを特徴とする請求項３記載の無線装置。
- 第１ハウジング要素および第２ハウジング要素を有する無線通信装置において、前記第１ハウジング要素が第１位置と第２位置との間で移動可能であり、第１ハウジング要素と第２ハウジング要素とは移動可能に連結されており、前記第２位置は、 第２ハウジング要素の少なくとも一部が第１ハウジング要素によって被覆される閉鎖位置であり、前記第１位置は、前記第２位置において第１ハウジング要素によって被覆される第２ハウジング要素の部分が開放される開放位置であり、前記第２ハウジング要素が前記無線通信装置の電子構成要素の実質的な部分を収容し、前記第２ハウジングに導電体を形成する、無線通信装置であって：
前記第１ハウジング要素内に設けられた、第１インピーダンス，フィード点，第１端子および第２端子を有するアンテナ；
前記アンテナの前記フィード点において前記第１端子および第２端子上に設けられ、前記第１ハウジング要素内に設けられた、第１対の導電プレート；および
前記第２ハウジング要素内に設けられた第２導電プレートであって、前記第１ハウジング要素が第１位置のとき、前記アンテナは所定のインピーダンスに整合するように同調されており、該第２導電プレートは前記アンテナのインピーダンスに対して最小限の影響を有し、前記第１ハウジング要素が第２位置のとき、前記電子構成要素が前記アンテナに接近することにより前記アンテナは離調されるが、該第２導電プレートが前記第１対の導電プレートに平行に近接することにより、前記アンテナは前記所定のインピーダンスに再整合するように再同調されるように配置された第２導電プレート；
によって構成されることを特徴とする無線通信装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US306357 | 1994-09-15 | ||
| US08/306,357 US5542106A (en) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Electronic device having an RF circuit integrated into a movable housing element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897617A JPH0897617A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3645949B2 true JP3645949B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
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