JP4061258B2 - 携帯用無線端末 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用無線端末に係り、特にアンテナにスロット溝の構造を適用したものに関する。

従来の携帯用無線端末には、フェライトアンテナ、微小ループアンテナや板状ループアンテナ、ロッドアンテナなどが用いられていた。広い表面積を持つアンテナでは、ループアンテナの開口面に平行な面は高さのある垂直な面となり、無線端末に組み込むと大きなサイズになる等、無駄なスペースを必要とする。またデジタル・アナログ回路や無線回路を実装した回路基板や電源部は、端末のケース内に収められている。これらの回路基板や電源部から発生する熱はケース内に充満することがある。そこでケース内の熱を外に逃がすために、空気孔をあける等、強制的に空冷ファンで回路基板を冷却することが行われていた。
実公平１−３４４１４号公報（第１図、第２−３頁）

このような従来の携帯用無線端末では、ループアンテナを用いて携帯用無線端末を構成すると、高い周波数で使用せざるを得ず、ＶＨＦ帯域などで使用するには、ループアンテナの開口面積を大きくする必要があり、小型化しにくいという問題点がある。また、携帯電話に用いられているようなロッドアンテナを用いた場合には、図６に示すように使用中に無線端末６０からアンテナ６１が飛び出すため携帯性を損ねていた。

また携帯用無線端末では通常、回路基板や電源部はケースに覆われている。近年の携帯端末では高速性や大容量が図られているため、回路基板や電源部からの発熱が大きい。そのため、これらの熱を排出するために、図７に示すようにケースに空気孔７１を設けて、熱を放出させ、空冷ファン７２を設けて強制的にケース内の熱を外に排出するなどが行われていた。しかしこの方法では、空冷ファン７２を組み込むためのエリアが必要となり、端末が大きくなるという課題がある。仮に空冷ファン７２を設けず空気孔７１のみとしても、回路基板や電源部から発生した熱がうまく逃げるように、孔の位置が制約されるという課題があった。

また電源部に熱電変換素子を用いて、素子の吸熱側と放熱側に温度差を与えて発電を行う場合、熱源として体温と室温の温度差や冷水と室温の温度差などが想定される。ここで熱電変換素子の吸熱側を携帯用無線端末のケースの表面に設けるとすると、放熱側は無線端末のケースの内側になるため、ケース内に熱がこもるという課題があった。

上記課題を解決するために本発明は、無線回路を有する回路基板と、温度差を電力に変換する熱電変換素子部を有し回路基板に電力を供給する電源部と、電源部の放熱側と接し前記回路基板を格納するためのスロット溝が形成されたアンテナ体と、を有することを特徴とする。
これによれば、スロット溝が冷却孔となるために回路基板や電源部から発生する熱を容易に逃がすことができる。

また、アンテナ体が回路基板あるいは電源部の発熱部分と接触している。これによれば、回路基板あるいは電源部の熱容量が増加するため、そこで発生した熱はアンテナ体に伝わり、冷却時間の短縮になる。

また、本願発明にかかるアンテナ体は、電源部と接する第１の導電体板と、第１の導電体板の下側に回路基板を介して配置された第２の導電体板と、第１の導電体板と回路基板を電気的に接続する第１の同調用容量端子と、第２の導電体板と回路基板を電気的に接続する第２の同調用容量端子と、回路基板の横側に配置され前記第１の導電体板と前記第２の導電体板を短絡する第１の短絡部と、回路基板の横側に配置され第１の導電体板と前記第２の導電体板を短絡する第２の短絡部と、を有し、第１及び第２の導電体板と第１及び第２の短絡部によりスロット溝が形成されていることを特徴とする。

また本発明は、アンテナ体の第１或いは第２の導電体板が、携帯用無線端末の外周ケースである特徴を有する。これによれば、無線端末の外周ケースそのものがアンテナとなるため無線端末を非常に小型化できる。さらに第１或いは第２の導電体板が回路基板或いは電源部の発熱部分に接触している場合、発生した熱の放出が無線端末全体から行われるため、表面積が大きく、冷却時間の短縮効果が大きい。

以上説明したとおり、本願発明によれば、スロット溝が冷却孔であるために回路基板や電源部から発生する熱を容易に逃がすことができる。さらに、回路基板は第１及び第２の導電体板に挟まれた部分に設けられているため、熱の放出効率は高い。

また、本願発明によれば、回路基板あるいは電源部の熱容量が増加するため、そこで発生した熱はアンテナ体の第１或いは第２の導電体板に伝わり、冷却時間の短縮になる。さらにスロット溝が冷却孔であることから、二重の効果で冷却時間が短縮される。

また、本願発明によれば、無線端末の外周ケースそのものがアンテナとなるため無線端末を非常に小型化できる。さらに第１或いは第２の導電体板が回路基板或いは電源部の発熱部分に接触している場合、発生した熱の放出が無線端末全体から行われるため、表面積が大きく、冷却時間の短縮効果が大きい。

また、本願発明によれば、冷却孔が携帯用無線端末の外周の対称位置に設置されることにより、端末内の空気の流れがスムーズになり、より大きな放熱効果が得られる。また対称位置にスロット溝を設けることで、ほぼ全周に渡って良好なアンテナ指向性を得ることができる。

また、本願発明によれば、より小さな発電機構を有する携帯用無線端末を得ることができると共に、アンテナ体そのものが放熱孔を有し、且つ、アンテナ体そのものが放熱導体となるため、より発電電力の大きな携帯用無線端末を得ることができる。

以下、この発明に係る携帯用無線端末の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施例では無線端末の電源部に熱電変換素子を用い、アンテナ体そのものが携帯用無線端末のケースを兼ねた場合について説明する。

図１には、本実施の形態に係る携帯用無線端末の斜視図を（ａ）に、断面図を（ｂ）に示す。図１において、携帯用無線端末は、第１導電体板２、第２導電体板３及び短絡部４でスロット溝５を構成するアンテナ体１、熱電変換素子部６、回路基板７からなる。

熱電変換素子部６はＰ型とＮ型の熱電変換素子を直列に接続したπ型素子構造からなり、図１において上面が吸熱側、第１導電体板２に接触している側が放熱側である。ここで熱電変換素子の放熱側と第１導電体板２には電気的な接続は必要ないが、熱の受け渡しを熱電変換素子の放熱側から第１導電体板２に行うため、熱伝導のよい材料を用いるなどして接着する。

アンテナ体１は、第１導電体板２、第２導電体板３及び左右の短絡部４よりスロット溝５が構成され、これがアンテナ＝スロットアンテナとなる。スロット溝５は携帯用無線端末のケース外周に沿って形成することができるため、無駄なスペースを必要とせず簡便に設置することができる。

回路基板７は第１導電体板２と第２導電体板３の間に挟まれた状態に配置され、スロット溝５は回路基板７の外周側位置にある。回路基板７には同調用容量素子が実装され、同調用容量端子１０、１１を介して第１導電体板２及び第２導電体板３の双方にスロット溝５を跨ぐようにして電気的に接続している。同調用容量端子１０、１１は互いにインピーダンスが同等となるように構成している。同調用容量素子はスロット溝５の長さが使用周波数の半波長に相当する寸法より短くても、アンテナ体１が高いアンテナ利得をもって同調するようにしており、その位置はスロット溝５の長手方向における中央位置にあることが最も効果的である。また、同調用容量素子とアンテナ体１との接続位置付近はアンテナ体１の高インピーダンス部分であり、そこを中心として電磁波が放射される。またアンテナの給電点は同調用容量素子とアンテナ体１の接続位置（アンテナ体のうち、インピーダンスが最も高い部分）から遠い位置、すなわちスロット溝５の中で一番短絡部４に近い場所に取る。この位置は回路基板７上の無線回路にある発振回路からの雑音がアンテナ体１に最も入りにくい位置である。給電点には給電端子１２、１３を介して回路基板７とアンテナ体（第１導電体板２と第２導電体板３）を接続する。

図２は発振回路とアンテナの関係を示す等価回路図である。熱電変換素子部２７により発振回路部２１に電力が供給される。発振回路部２１の出力はマッチング回路２２と接続され、マッチング回路２２の出力がスロット溝５の給電点２５と接続される。もう一方の給電点２６は接地端子に接続される。また、同調用容量素子２４はスロット溝５の長手方向のほぼ中央にあたる部分に、一方を第１導電体板２ともう一方を第２導電体板３と接続する。

本発明の実施例では、熱電変換素子部６の吸熱側に置かれた熱源と携帯用無線端末の置かれている環境温度との温度差で電力を発生し、回路基板７上に実装されたデジタル回路・アナログ回路・無線回路が動作することで、無線でデータのやり取りが行われる。この時、熱電変換素子部６は吸熱側の熱を放熱側に伝えるが、熱電変換素子部６の放熱側はアンテナ体を構成する第１導電体板２と熱的に接続している。このことは短絡部４を介してアンテナ体１すべてと熱的に接続していることと同等である。この結果、放熱側の面積は非常に多く取ることができる。更に、アンテナ体１はスロット溝５を持っているため、放熱面積はより大きくなると共に、スロット溝５を介して空気の流れが携帯用無線端末の内部に起こるため、より大きな放熱効果を得ることができる。

また、本発明の別の実施例としてスロット溝５を２つ、携帯用無線端末の対称位置に設けた場合を図３に示す。図３は携帯用無線端末の別の実施例の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。このようにスロット溝５を対称位置に設置することにより、携帯用無線端末内の空気の流れがスムーズになり、より大きな放熱効果が得られる。このことは熱電変換素子を発電源として用いた場合、発電量の増加をもたらす。また、携帯用無線端末の対称位置にスロット溝５を設けることで、アンテナの指向特性が向上する。図４（ｂ）にスロット溝５を無線端末の対称位置に設置したときのアンテナ体の斜視図を示し、図４（ａ）にこのアンテナ指向特性を示す。このような構造をとることでほぼ全周に渡って良好なアンテナ特性を得ることができる。

また本発明の別の実施例として、携帯用無線端末の電源部には一次電池或いは二次電池を用い、回路基板７上に非常に大きな発熱を伴う回路を有する端末について説明する。

これまで、回路基板７上で非常に大きな発熱を伴う回路としてＣＰＵが挙げられるが、そのＣＰＵの放熱としてＣＰＵチップ上に放熱フィンを設けていることが多い。しかし放熱フィンは非常に大きく、携帯用端末には不向きである。そこで本実施例では図５に示すように、ＣＰＵなど大きな発熱を伴う回路３０のチップ上に熱伝導のよい材質で作られたスペーサー３１を接着させ、さらにスペーサー３１を熱電変換素子部６やアンテナ体１の第１導電体板２或いは第２導電体板３に熱的に接続する。このことは短絡部４を介してアンテナ体１すべてと熱的に接続していることと同等である。この結果、アンテナ体１すべてが放熱板としての役割を果たす。更に、アンテナ体１はスロット溝５を持っているため、放熱面積はより大きくなると共に、スロット溝５を介して空気の流れが携帯用無線端末の内部に起こるため、より大きな放熱効果を得ることができる。また前記と同様にスロット溝５を２つ、携帯用無線端末の対称位置に設けた場合、携帯用無線端末内の空気の流れがスムーズになり、より大きな放熱効果が得られると共に、アンテナの指向特性が向上する。

本実施の形態に係る携帯用無線端末の概略図である。 本実施例の形態に係る携帯用無線端末の発振回路及びアンテナ体の等価回路図である。 本実施例の形態に係る携帯用無線端末のスロット溝の位置について示した概略図である。 本実施例の形態に係る携帯用無線端末の送信感度特性である。 本実施例の別の形態に係る携帯用無線端末の概略図である。 従来の携帯用無線端末を示す概略図である。 従来の別の携帯用無線端末を示す概略図である。

符号の説明

１ アンテナ体
２ 第１導電体板
３ 第２導電体板
４ 短絡部
５ スロット溝
６ 熱電変換素子部
７ 回路基板
１０、１１ 同調用容量端子
１２、１３ 給電端子
２１ 発振回路部
２２ マッチング回路
２４ 同調用容量素子
２５、２６ 給電点
２７ 熱電変換素子部
３０ 発熱の大きい回路
３１ 熱伝導材料
６０ 無線端末
６１ アンテナ
７１ 空気孔
７２ 空冷ファン

Claims (7)

1. 無線回路を有する回路基板と、前記回路基板に電力を供給する電源部と、前記回路部と接続するアンテナ体とからなる携帯用無線端末であって、前記電源部は温度差を電力に変換する熱電変換素子部からなり、前記アンテナ体は前記携帯用無線端末のケースの一部を構成するとともにスロット溝を有するスロットアンテナであって前記熱電変換素子部と熱的に接続されており、前記スロット溝は前記回路基板の外周側位置に配置されているとともに冷却孔を兼ねることを特徴とする携帯用無線端末。
2. 請求項１に記載の携帯用無線端末において、前記アンテナ体は第１の導電体と第２の導電体が短絡部を介して接続し、前記第１の導体が前記電源部と接し、前記第１の導電体と第２の導電体との間に前記スロット溝を構成し、前記第１の導電体と前記回路基板とは第１の同調用容量端子を介して電気的に接続し、前記第２の導電体と前記回路基板とは第２の同調用容量端子を介して電気的に接続することを特長とする携帯無線端末。
3. 請求項２に記載の携帯用無線端末において、前記第１の同調用容量端子と前記第２の同調用容量端子は電気的インピーダンスが同等であることを特徴とする携帯用無線端末。
4. 請求項２または３に記載の携帯用無線端末において、前記スロット溝は前記第１の導電体と前記第２の導電体とを長辺とする間隙により構成し、前記長辺の略中心部に前記第１の同調用容量端子および前記第２の同調用容量端子を配置したことを特長とする携帯用無線端末。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の携帯用無線端末において、前記回路基板は前記第１の導電体と前記第２の導電体との間隙の略中心部に配置したことを特長とする携帯用無線端末。
6. 請求項１に記載の携帯用無線端末において、前記回路部において発生する熱を前記熱電変換素子部において放熱することを特徴とする携帯用無線端末。
7. 請求項１に記載の携帯用無線端末において、前記アンテナ体に設けた前記スロット溝は、前記携帯用無線端末の外周部の対称な位置に複数設置したことを特徴とする携帯用無線端末。

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