JP4096975B2 - 携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明は、携帯無線機に関し、特に携帯電話端末内の基板の一部を電波の送受信を行う内蔵アンテナとして用いるものである。

従来の携帯電話は、基板上にマイク、スピ−カ、電源、表示部、キ−操作部、無線部、アンテナ部、とそれらを結ぶ信号線、ＩＣチップ、抵抗、コンデンサ、コイル、接地・グランド（以下、ＧＮＤと呼ぶ）、トランジスタ、発光ダイオ−ド（以下、ＬＥＤと呼ぶ）、ピン、バネ、外部インタ−フェ−スとを接続するコネクタが実装されていた。しかし、ＩＣチップ等の小型化に伴い、基板を分割し、それら基板を携帯電話内で多段に構成することが可能になり、携帯電話の小型化に寄与してきた。また、分割された基板は各々フレキシブルケ−ブルと呼ばれる信号線で結ばれていた。また、アンテナは性能面上、金属、ＧＮＤから離れた位置にチップアンテナを設置するか、逆Ｆアンテナを設置していた。

昨今の携帯電話は、ポケットや鞄に収納し携行する頻度が増え、筐体の小型化が必須となっている。しかし、従来の携帯電話のアンテナは、チップアンテナの場合、アンテナ性能を確保するため、アンテナ以外の携帯電話内の金属、ＧＮＤより離れた位置に設置する必要があり、それにより基板の面積が大きくなるといった問題点があり、また、逆Ｆアンテナの場合も基板上では面積は取らないものの板状金属片であるアンテナ素子の面積を確保する必要があり、携帯電話の小型化にはつながらなかった（例えば、特許文献１参照）。

特開平０２−０１３８４２号公報

本発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、本基板に対して立体的に配置され回路素子が実装された別基板を逆Ｆアンテナとして用い、アンテナ性能を確保しつつ、携帯電話の小型化を目的とするものである。

本発明に係る携帯無線機は、所定の回路が実装され接地パタ−ンを有する第１基板と、この第１基板と所定の間隔を隔てて対向配置され、所定の回路が実装されるとともに、接地パタ−ンを有する第２基板と、この第２基板の接地パタ−ンに給電する給電部と、前記第２基板の接地パタ−ンと前記第１基板の接地パタ−ンとを短絡する短絡部を備え、前記短絡部は前記第１基板に実装された回路と前記第２基板に実装された回路とを接続するフレキシブルケ−ブルに含まれたグランド線であり、前記第２基板の接地パタ−ンをアンテナ素子として用いるものである。

上記のように構成された携帯無線機によれば、内蔵アンテナを設ける必要が無くなり、従来の携帯無線機とくらべ小型化を図ることができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る携帯電話機の構成を示す図である。実施の形態１において第１基板に相当する本基板７ａにはＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換部、ＰＣＭ変調部、キ−操作部、ディスプレイ等の機能を実現した回路が実装されているが詳細については省略する。また、実施の形態１において第２基板に相当する別基板７ｂは逆Ｆアンテナのアンテナ素子として機能するとともに、ＲＦ回路が実装されている。本基板７ａ上の回路と別基板７ｂ上のＲＦ回路とはフレキシブルケ−ブル８によって接続されている。

フレキシブルケ−ブル８は複数の信号線とＧＮＤ線とが束になっており、本基板７ａ上の回路と別基板７ｂ上のＲＦ回路とを接続するだけでなく、含まれているＧＮＤ線を逆Ｆアンテナの短絡部として用いる。本実施の形態１では、別基板７ｂをアンテナ素子として用いるために、このフレキシブルケ−ブル８のＧＮＤ線と所定の間隔だけ離れた位置に本基板７ａ上の給電点９を設け、そこから給電する構成となっている。本基板７ａはその他、マイク２、スピ−カ３、電池４、ディスプレイ５、キ−操作部６等の携帯電話の各要素とピン等によって接続され、筐体１に内蔵されている。本基板７ａと別基板７ｂは多段に構成されたものを用いることで基板の面積を小さくすることができる。

別基板７ｂにはＲＦ回路を実装するが、その場合、例えば、マイク２から入力された音声はＰＣＭ符号化され、さらに各通信方式に従って符号化されて、フレキシブルケ−ブル８を介して別基板７ｂ上のＲＦ回路に入力される。ＲＦ回路では中間周波数の符号化された信号を無線周波数に変換し、変換後の信号はフレキシブルケ−ブル８を介して５０Ωを保ったまま本基板側へ伝送され、給電点９からアンテナ素子として作用する別基板７ｂに設けられた接地パタ−ン１１ｂへ給電され、接地パタ−ン１１ｂから空中に放射される。しかし、ＲＦ回路での周波数変換の過程で発生する高周波とアンテナ素子である別基板７ｂから励振される電波とが干渉しあってアンテナの特性が劣化してしまう。そのため、ＲＦ回路をシ−ルドケ−ス１３で覆う必要がある。

本基板７ａと別基板７ｂとの間隔ｈは短い方が小型化が図られるが、一方間隔ｈが長い方がアンテナ特性は向上する。そのため、間隔ｈは携帯電話機の構造条件とアンテナ特性とのバランスによって決定される。別基板７ｂは図２（ａ）に示したように縦ａ×横ｂの大きさで実装され、アンテナ素子となる接地パタ−ン１１を含む。この接地パタ−ン１１の一辺の長さａ、ｂは、その和ａ＋ｂが使用電波の波長λに対してλ／４以上の長さである。なお、別基板７ｂ上の接地パタ−ン１１の形状は必ずしも長方形である必要はなく、図２（ｂ）のように別の形状であってもよく、本基板７ａや別基板７ｂに搭載する回路やデザインによって適宜決定される。図２（ｂ）の場合には、図に示したように縦横の辺の合計ａ＋ｂ_１＋ｂ_２がλ／４以上であることを要する。さらに、例えば、図２（ｃ）に示すように、接地パタ−ン１１の１箇所が開いた形状の場合には、接地パタ−ンの全長がλ／４以上であればよく、その分図２（ａ）、（ｂ）と比べて小型化が可能である。

本基板７ａと別基板７ｂとを接続するフレキシブルケ−ブル８のＧＮＤ線と給電ピン１２との間隔は所望のアンテナ特性に応じて決定される。なお、フレキシブルケ−ブル８に含まれる信号線、ＧＮＤ線は複数あるため、これらがアンテナ特性を劣化させる場合には、本基板７ａおよび別基板７ｂ上でこれらの信号線、ＧＮＤ線をチョ−クコイルに接続して高周波をカットすればよい。フレキシブルケ−ブル８は、本基板７ａと別基板７ｂと一体型、または、いずれか一方がコネクタタイプまたは両方コネクタの構造で接続される。さらに、フレキシブルケ−ブル８のＲＦ信号が流れる信号線はシ−ルドまたはＧＮＤ線と対になることで、５０Ωのインピ−ダンスを保って信号の伝送が行われる。

なお、給電点９からの給電について、上記では給電ピン１２を用いる構成としたが、その他、板バネまたは同軸ケ−ブル等を用いてもよい。

また、本実施の形態では、別基板７ｂに実装するのはＲＦ回路としたが、その他、制御回路、音響用のマイク、スピ−カの回路、ベ−スバンド回路、外部メモリ−用回路、キ−操作用回路等であってもよい。その場合、これらの回路は、ＲＦ回路のように高周波を発生することがないため、シ−ルドケ−ス１３は不要となる。また、給電は本基板に実装されたＲＦ回路から行うのでフレキシブルケ−ブルにＲＦ信号用の信号線は不要となる。

さらに、上記では特にシ−ルドを施していないフレキシブルケ−ブルを用いたが、その他、シ−ルドが施されたシ−ルドフレキシブルケ−ブルを用い、このシ−ルドの部分を逆Ｆアンテナの短絡部として用いることもできる。シ−ルドフレキシブルケ−ブルを用いた場合には、シ−ルドの部分の太さのみを調整して、ケ−ブルの部分に対してシ−ルドの太さを太くしたり細くしたりすることで所望のアンテナ特性を得ることもできる。

また、さらに、フレキシブルケ−ブル８による短絡を無くすことでモノポ−ルアンテナとして動作させることもできる。その場合には、別基板７ｂと重なる本基板７ａ上の部分には接地パタ−ンを配置しない方がアンテナ特性が向上する。

以上のように、別基板７ｂの接地パタ−ン１１に給電し、フレキシブルケ−ブル８のＧＮＤ線をアンテナの短絡部とすることで、逆Ｆアンテナの特性が得られ、別個に内蔵アンテナを設ける必要が無くなり、従来の携帯無線機とくらべ小型化を図ることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、別基板に実装されたＲＦ回路からの出力を、一度本基板側に戻してから給電ピンなどで給電する構成としたが、本実施の形態２では、別基板に実装されたＲＦ回路からの出力信号を本基板の接地パタ−ン１１ａに供給し、本基板の接地パタ−ン１１ａをアンテナ素子として用いる。

図３は本実施の形態２の本基板と別基板の構成を表す図である。図２（ａ）と同じ構成要素には同じ符号を付す。図２（ａ）と比べると、給電点９の位置が本基板側ではなく、別基板側になっている。すなわち、実施の形態２においては、別基板が第１基板に、本基板が第２基板に相当する。

例えば、マイク２から入力された音声はＰＣＭ符号化され、さらに各通信方式に従って符号化されて、フレキシブルケ−ブル８を介して別基板７ｂ上のＲＦ回路に入力される。ＲＦ回路では中間周波数の符号化された信号を無線周波数に変換し、変換後の信号は給電点９からアンテナ素子として作用する本基板７ａに設けられた接地パタ−ン１１ａへ給電され、接地パタ−ン１１ａから空中に放射される。

以上のように、本基板の接地パタ−ンをアンテナ素子として用いることで、アンテナ素子をより大きく設計することができ、携帯無線機の設計が容易となる。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３に係る携帯電話機の構成を示す図である。実施の形態１では、本基板７ａから別基板７ｂの接地パタ−ンに給電し、アンテナとして動作させたが、別基板７ｂの代わりにメモリ−スティック等の外部記憶素子１４が挿入されるコネクタ部１５を保護する金属保護ケ−ス１６を給電することでもアンテナとして動作させることができる。

この金属保護ケ−ス１６は、落下等の衝撃により外部記憶素子１４のコネクタ部１５からの脱落や破損を防止する目的で設けられるものである。金属保護ケ−ス１６は、本基板７ａ上に設けられるが、本基板７ａの接地パタ−ン１７や外部記憶素子１４の読取部からは電気的に非接触の状態である。また、外部記憶素子１４自体も読取部以外はプラスティックで外装されている。そして、本基板７ａ上の接地パタ−ン１７から所定の距離ｄ２だけ離れた位置に設置されるため、金属保護ケ−ス１６に電流を流しても他の回路に悪影響を与えることなくアンテナ素子として用いることができる

なお、距離ｄ２は携帯電話機の構造条件と所望のアンテナ特性により決定される。金属保護ケ−ス１６は用いられる外部記憶素子１４の大きさに対して決められる縦ｃ×横ｄの大きさを有する。また、金属保護ケ−ス１６の縦横長さｃ、ｄはアンテナの設計上、両辺の合計ｃ＋ｄがλ／４以上であり、筐体１内に内蔵される大きさが選択される。

本基板７ａの給電点９から金属保護ケ−ス１６の給電点へは給電ピン、板バネ、同軸ケ−ブルなどを用いて給電することにより、金属保護ケ−ス１６をモノポ−ルアンテナとして動作させることが可能である。さらに、給電点９から所定の距離だけ離れた個所に短絡部１８を設けることでアンテナの整合をとるために必要な並列コイルを省略することができる。給電部と短絡部の位置関係はアンテナとして用いる基板や金属ケ−スの大きさ、必要としているアンテナ特性に応じて決定される。

第１図は、本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の断面図である。
第２図（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る本基板と別基板の構成を示す図である。
第２図（ｂ）は、別基板の接地パタ−ンの別例を示す図である。
第２図（ｃ）は、別基板の接地パタ−ンの別例を示す図である。
第３図は、本発明の実施の形態２に係る本基板と別基板の構成である。
第４図は、本発明の実施の形態３に係る本基板と金属保護ケ−スの構成を示す図である。

符号の説明

７ａ 第１基板 ７ｂ 第２基盤
８ フレキシブルケ−ブル
９ 給電点（給電部）
１１ａ 接地パタ−ン １１ｂ 接地パタ−ン
１２ 給電ピン
１３ シ−ルドケ−ス

本発明に係るアンテナ素子は、携帯電話機等の携帯情報端末、一般無線機、特殊無線機等の分野で利用することができる。

Claims (5)

1. 所定の回路が実装され、接地パタ−ンを有する第１基板と、
   この第１基板と所定の間隔を隔てて対向配置され、所定の回路が実装されるとともに接地パタ−ンを有する第２基板と、
   前記第１基板に設けられ前記第２基板の接地パタ−ンに給電する給電部と、
   前記第２基板の接地パタ−ンと前記第１基板の接地パタ−ンとを短絡する短絡部を備え、
   前記短絡部は前記第１基板に実装された回路と前記第２基板に実装された回路とを接続するフレキシブルケ−ブルに含まれたグランド線であり、
   前記第２基板の接地パタ−ンをアンテナ素子として用いることを特徴とする携帯無線機。
2. 記第２基板の接地パタ−ンは縦横二辺の合計が少なくとも使用電波の１／４波長以上の電気長であることを特徴とする請求項１記載の携帯無線機。
3. 前記第２基板の接地パタ−ンは全長が少なくとも使用電波の１／４波長以上の電気長であることを特徴とする請求項１記載の携帯無線機。
4. 前記第２基板に実装される回路は無線回路であり、前記第２基板にシ−ルドケ−スが設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の携帯無線機。
5. 所定の回路が実装され、接地パタ−ンを有する第１基板と、
   前記第１基板と所定の間隔を隔てて対向配置され、無線回路が実装されるとともに、接地パタ−ンを有する第２基板と、
   前記無線回路から前記第１基板の接地パタ−ンに給電する給電部と、
   前記第１基板の接地パタ−ンと前記第２基板の接地パタ−ンとを短絡する短絡部を備え、
   前記短絡部は前記第１基板に実装された回路と前記第２基板に実装された回路とを接続するフレキシブルケ−ブルに含まれたグランド線であり、
   前記第１基板の接地パタ−ンをアンテナ素子として用いることを特徴とする携帯無線機。

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