JP4205670B2

JP4205670B2 - 携帯電話

Info

Publication number: JP4205670B2
Application number: JP2004549647A
Authority: JP
Inventors: 伸明田中; 賢治佐藤; 英治齋藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: KR20050084665A; JP2007329962A; EP1560342A4; US20060017625A1; AU2003301785A1; CN1708915A; KR100931290B1; JPWO2004042947A1; US7519174B2; CN1708915B; WO2004042947A1; EP1560342A1

Description

本発明は通信端末に係り、特に、当該通信端末をスチール机等の金属板上に寝かせた状態で置いても受信感度を良好に保つことのできる通信端末に関する。

通常、携帯電話やＰＨＳ等の通信端末にはアンテナが設けられている。当該通信端末をスチール机等の金属板上に寝かせて置くとアンテナが金属板に近接した状態になるため、相互結合が生じてアンテナを流れる電流と逆位相の電流が金属面に流れ、アンテナの放射指向特性が変化すると共にインピーダンス特性が大きく変化してしまう。このため整合状態が崩れ、アンテナ利得が劣化してしまうという問題があった。

この問題を解決するため、特開平１０−１２６３０４号公報（特許文献１）に記載の小型無線機では、ホイップアンテナが背面上部に設けられているため、図９に示すように、小型無線機本体を横に寝かせて置いたときに当該小型無線機本体上部側が浮くようバランスされた位置に、ホイップアンテナの感度特性を調整するためのリブを設置している。こうすることによって、小型無線機を金属板上に置いてもアンテナ利得は劣化せず、良好な受信感度を実現することができる。

また、他の方法としては、アンテナエレメントや整合回路をスイッチング素子で切り替えて金属板上でのインピーダンス整合をとる手法や、サブアンテナを設けて金属板上でも放射するようにする手法があった。
特開平１０−１２６３０４号公報

しかしながら、上記説明した小型無線機の背面にリブを設ける手法にあっては、リブの分だけ本体の厚さが増してしまうため薄型化できず、かつ、リブがデザインの面で大きなインパクトを与えてしまうため外形を損ねてしまうという問題点があった。また、アンテナエレメントや整合回路をスイッチング素子で切り替える手法やサブアンテナを設ける手法にあっては、回路構成および制御が複雑となり、コストが高くなってしまうだけでなく小型化にもとって望ましくない。このため、端末自体の大きさやデザイン等を変更する必要なく、本体を金属板上に寝かせて置いた際であってもアンテナ利得が劣化することのない通信端末が望まれていた。

本発明は、上記従来の問題点および要望に鑑みてなされたものであって、本体の大きさやデザインを変更する必要なく、金属板上に寝かせた状態で置いても受信感度を良好に保つことのできる通信端末を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る携帯電話は、第一の面と、前記第一の面と反対の第二の面と、前記第一の面に垂直な第三の面と、を有する筐体と、前記第三の面に設けられたコネクタと、アンテナと、前記アンテナが接続された基板と、前記基板のＧＮＤ面と、導体によって形成され、前記第二の面から露出するようまたは前記筐体の前記第二の面に沿うよう前記筐体の内側に配置された導体部と、前記ＧＮＤ面および前記導体部と電気的に接続され、かつ前記導体部との垂直成分を構成する第１の金属金具及び第２の金属金具と、を備え、前記コネクタは、入出力先の面が前記第三の面に設けられ、前記ＧＮＤ面は、前記第一の面に沿って設けられ、前記ＧＮＤ面と前記導体部との間に前記コネクタが設けられ、前記第１の金属金具及び前記第２の金属金具は面状の部分を有し、前記第１の金属金具と前記第２の金属金具との間に前記コネクタが設けられ、前記第１の金属金具の面状の部分と前記第２の金属金具の面状の部分とは対向するように設けられている。

アンテナから基板にかけては高周波電流が流れるが、筐体の背面を下に当該通信端末を金属板上に置いた状態では、鏡像効果によって逆相の高周波電流が金属板を流れるため、通信端末の基板を流れる高周波電流は打ち消され、このためアンテナの放射は弱められることとなる。しかし、当該状態にあっては、導体部は金属板に電気的に接続または高周波的に短絡されており、第１の金属金具及び第２の金属金具は基板のＧＮＤ面に接続されているが、鏡像効果によって金属板に垂直な成分は強めあうため、第１の金属金具及び第２の金属金具に基板上を流れる高周波電流が基板の延長として流れ、金属板に対して垂直な電界が生じることになる。このため、アンテナ利得は劣化せず、受信感度を良好に保つことができる。また、通信端末自体の大きさやデザインを変更する必要はほとんどなく導体部および第１の金属金具及び第２の金属金具を設置することができる。

また、本発明に係る携帯電話は、前記第１の金属金具と前記ＧＮＤ面との間に受動素子を備え、前記第１の金属金具は、前記受動素子を介して前記ＧＮＤ面と電気的に接続されている。

このように、受動素子を第１の金属金具と基板のＧＮＤ面との間に挿入することにより、第１の金属金具の電流分布を変えることができる。したがって、第１の金属金具の共振周波数を受動素子によって所望の周波数に調整することができる。

さらに、本発明に係る通信端末は、前記第１導体部と前記第２導体部は一体に成形されていることが望ましい。

本発明の通信端末によれば、本体の大きさやデザインを変更する必要なく、金属板上に寝かせた状態で置いても受信感度を良好に保つことができる。

以下、本発明に係る通信端末の実施の形態について、（第１の実施形態）、（第２の実施形態）、（第３の実施形態）の順に図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する通信端末は、アンテナを備えた折り畳み型の携帯電話やＰＨＳ等の通信機器である。但し、折り畳み型に限らずストレート型やフリップ型であっても良い。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の通信端末を示す外観図である。同図に示すように、本実施形態の通信端末は、ヒンジ１０１によって結合された２つの筐体（上側筐体１０３および下側筐体１０５）が折り畳み可能に構成されており、下側筐体１０５にはアンテナ１０７が設けられている。また、下側筐体１０５の図１に符号１０９で示した底面と符号１１１で示した背面とは略直角に形成されている。また、請求の範囲の第２導体部に該当する放射素子１２１は下側筐体１０５の底面１０９と面一に露出するよう設けられ、第１導体部に該当する補助地板１２３は下側筐体１０５の背面１１１と面一に露出するよう設けられており、互いに略直角に結合されている。なお、放射素子１２１および補助地板１２３はいずれも導体である。

以下、図２を参照して、本実施形態の通信端末の主要部について詳細に説明する。図２は、第１の実施形態の通信端末が有する主要部を横側から模式的に示した説明図である。同図に示すように、本実施形態の通信端末を構成する下側筐体１０５の内側には、アンテナ１０７が接続された基板１２５が設けられている。基板１２５には、本実施形態の通信端末を通信機として動作させるために必要なＩＣや素子等の部品が搭載されていると共に、ＧＮＤ面（以下、単に「ＧＮＤ」という。）が設けられている。また、放射素子１２１は基板１２５のＧＮＤに接続されている。

図２に示すように、アンテナ１０７から基板１２５にかけては高周波電流１３１が流れるが、下側筐体１０５を下にして本実施形態の通信端末をスチール机等の金属板１４１上に置いた状態では、鏡像効果によって逆相の高周波電流１３３が金属板１４１を流れるため、基板１２５を流れる高周波電流１３１は打ち消される。このため、アンテナ１０７本来の放射は弱められることとなる。ただ、当該状態にあっては、補助地板１２３は金属板１４１に電気的に接続されており、放射素子１２１は基板１２５のＧＮＤに接続されているが、鏡像効果によって金属板１４１に垂直な成分は強めあうため、放射素子１２１に基板１２５上を流れる高周波電流１３１が基板の延長として流れ、金属板１４１に対して垂直な電界が生じることになる。

すなわち、金属板１４１と補助地板１２３は電気的に接触した状態であるため同電位であるが、放射素子１２１は基板１２５のＧＮＤに接続されており、基板１２５のＧＮＤにはアンテナ１０７からの高周波電流１３１が流れているため、放射素子１２１には基板１２５の延長として高周波電流１３１が流れることにより、放射素子１２１は金属板１４１に対して垂直な偏波成分の電界を発生させ、放射に寄与するようになる。補助地板１２３がない場合には、放射素子１２１の金属板１４１に面する端子は金属板１４１に対して高周波的に短絡することができず、十分な鏡像効果が得られないため金属板１４１に垂直な成分を強めあわず、放射素子１２１は放射に寄与することがない。

なお、本実施形態の通信端末を金属板１４１に置いていない状態では、補助地板１２３と共に基板１２５のＧＮＤの一部にすぎないため、アンテナ１０７の特性に悪影響を及ぼすことはない。

以上説明したように、本実施形態の通信端末では、基板１２５のＧＮＤに接続された放射素子１２１、および放射素子１２１と略直角に結合された補助地板１２３を備えているため、通信端末を金属板１４１上に寝かせて置いた状態にあっては、補助地板１２３が金属板１４１に対して電気的に接続され、放射素子１２１が金属板１４１に垂直な電界を放射することとなる。このため、アンテナ利得は劣化せず、受信感度を良好に保つことができる。

なお、本実施形態では、放射素子１２１および補助地板１２３が下側筐体１０５の表面と面一に露出しているが、図３に示すように、同様の位置関係を保ちつつ、これらを下側筐体１０５の内側に設けても良い。この場合、放射素子１２１および補助地板１２３は露出しないため、通信端末のデザインを損ねず、かつ、下側筐体１０５の形状の複雑化を防ぐことができる。また、通信端末を金属板１４１上に置いたとき、補助地板１２３は金属板１４１とコンデンサを構成することになるため、高周波的には短絡された状態となる。したがって、放射素子１２１は、鏡像効果により金属板１４１に対して垂直な偏波成分の電界を放射することになる。

また、図４に示すように、下側筐体１０５の底面１０９にコネクタやジャック等の部品１５１が設けられる場合は、放射素子１５３が当該部品１５１の周辺部分から露出するような形状とすれば良い。また、本実施形態では、放射素子１５３と補助地板１５５が別体として形成され結合されているが、一体として形成されていても良い。

但し、図２及び図３に示す補助地板１２３、図４に示す補助地板１５５の各面積は、金属板１４１と高周波的に短絡するために最低限必要な面積として２０平方ｍｍ以上であることが好ましい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の通信端末が有する主要部を底面側から模式的に示した説明図である。また、図６は、第２の実施形態の通信端末を横側（ａ）および背面側（ｂ）から模式的に示した説明図である。なお、同図において、図１および図２（第１の実施形態）と重複する部分には同一の符号が付されている。

第２の実施形態の通信端末は、図５および図６に示すように、下側筐体１０５内側に基板１２５、金属金具２０１、放射素子２０３および補助地板２０５が設けられている。なお、放射素子２０３と補助地板２０５は一体に形成されている。また、金属金具２０１はコネクタやジャック等の部品２０７を基板１２５に固定するための金具であり、電気的には基板１２５のＧＮＤに接続されている。さらに、放射素子２０３には金属金具２０１と接触するための屋根型のバネ部２０９が設けられており、放射素子２０３および補助地板２０５は金属金具２０１を介して基板１２５のＧＮＤに電気的に接続されている。但し、バネ部２０９による接触に限らず、金属金具２０１と放射素子２０３および補助地板２０５とを一体化した構成にしても良い。

このため、金属金具２０１によって基板１２５に固定されるコネクタ２０７が設けられる通信端末であっても、部品２０７下部の狭いスペースに放射素子２０３および補助地板２０５を設置することができ、かつ、金属金具２０１を介して基板１２５のＧＮＤと電気的に接続することができるため、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、通信端末を金属板上に置いた状態であっても、鏡像効果により金属板に対して垂直な電流成分が強めあうため、基板１２５上を流れる高周波電流が基板の延長として放射素子２０３および金属金具２０１に高周波電流が流れ、金属板に対して垂直な偏波成分の電界を放射するようになる。このため、アンテナ利得は劣化せず、受信感度を良好に保つことができる。

なお、図５に示すように、金属金具２０１は部品２０７の両側に２つ設けられているため、一方の金属金具２０１ａは基板１２５のＧＮＤに直接接続し、他方の金属金具２０１ｂは受動素子（例えばＬ成分を持った素子）２１１を介して基板１２５のＧＮＤに接続しても良い。このように、いずれか一方の金属金具２０１とＧＮＤとの間に受動素子２１１を挿入することによって、放射素子２０３および金属金具２０１の電流分布を変えることができる。

したがって、下側筐体１０５の背面のスペースの都合上、補助地板２０５が金属板と高周波的に短絡するために必要な面積を確保できない場合であっても、放射素子２０３と金属金具２０１とによって実現される放射素子の共振周波数を受動素子２１１によって所望の周波数に調整することができる。この結果、当該ダイポールアンテナは所望周波数の電磁波を放射することができる。但し、補助地板２０５の面積は、金属板と高周波的に短絡するために最低限必要な面積として２０平方ｍｍ以上であることが好ましい。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の通信端末が有する下側筐体の背面側のカバーを取り外した状態を背面側から示した外観図である。また、図８は、第３の実施形態の通信端末が有する主要部を横側から模式的に示した説明図である。なお、同図において、図１および図２（第１の実施形態）と重複する部分には同一の符号が付されている。

第３の実施形態の通信端末は、図７および図８に示すように、下側筐体１０５内側に基板３０１、基板３０１の背面側に取り付けられたシールドケース３０３、放射素子３０５および補助地板３０７が設けられている。なお、放射素子３０５と補助地板３０７は一体となっており、基板３０１の下側筐体１０５の背面側に構成されている。また、放射素子３０５は、補助地板３０７の一部を背面側から持ち上げてシールドケース３０３に押し当てるように形成されている。したがって、下側筐体１０５内側に、シールドケース３０３付きの基板３０１、放射素子３０５および補助地板３０７を設置した状態では、シールドケース３０３と放射素子３０５とが電気的に接続された状態になる。

したがって、本実施形態の通信端末を金属板上に置いたとき、補助地板３０７は金属板とコンデンサを構成することになるため、高周波的には短絡された状態となる。したがって、放射素子３０５は、鏡像効果により基板３０１上を流れる高周波電流が基板３０１の延長として流れ、金属板に対して垂直な偏波成分の電界を放射する。このため、通信端末を金属板上に置いたことによりアンテナ１０７本来の放射は弱まるが、放射素子３０５が放射に寄与するためにアンテナ利得は劣化せず、受信感度を良好に保つことができる。

なお、基板３０１を流れる高周波電流の振幅は基板３０１上の位置によっても変わるため、放射素子３０５がシールドケース３０３と接する点の位置を適切に選ぶことで、放射素子３０５の電流分布を変えることができる。したがって、放射素子３０５の共振周波数を所望の周波数にすることができるため、当該放射素子３０５は所望周波数の電磁波を放射することができる。

以上説明したように、本実施形態の通信端末では、電池等の位置関係から基板３０１の長さを下側筐体１０５の底面１０９付近までとることができなくても、放射素子３０５および補助地板３０７を構成することができる。したがって、通信端末を金属板上に寝かせて置いた状態にあっては、補助地板３０５が金属板と高周波的に短絡され、放射素子３０５に基板３０１上の高周波電流が基板３０１の延長として流れ、金属板に垂直な偏波成分の電界を放射するため、アンテナ利得は劣化せず受信感度を良好に保つことができる。また、放射素子３０５とシールドケース３０３との接触点を基板３０１上の適当な位置とすることにより、放射素子３０５からの放射を所望の周波数で実現することができる。

なお、本実施形態では、補助地板３０７が下側筐体１０５の内側に設けられているが、下側筐体１０５の背面１１１と面一に露出するよう設けられていても良い。また、放射素子３０５の形状は図示した例に限らず、補助地板３０７との垂直成分が構成されていれば良い。但し、補助地板３０７の面積は、金属板と高周波的に短絡するために最低限必要な面積として２０平方ｍｍ以上であることが好ましい。

以下、図面を参照し、上記第１から第３の実施形態に係る通信端末により得られる効果を従来の通信端末により得られる効果と比較して説明する。なお、以下に説明する通信端末は、アンテナを備えた折り畳み型の携帯電話やＰＨＳ等の通信機器である。但し、折り畳み型に限らずストレート型やフリップ型であっても良い。

図１０は、（ａ）従来の通信端末、（ｂ）図９の小型無線機、及び（ｃ）本実施形態の通信端末のそれぞれから得られるＶＳＷＲ特性図である。ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）は、お互いが干渉して定在波を発生させる進行波と反射波の電圧振幅分布の山と谷の比を表す。図１０（ａ）は、第１の実施形態の通信端末から放射素子１２１と補助地板１２３を取り除いた従来の通信端末のＶＳＷＲ特性図である。また、図１０（ｂ）は、図９で示した小型無線機のＶＳＷＲ特性図である。また、図１０（ｃ）は、第１、２及び３の実施形態の通信端末のＶＳＷＲ特性図である。

図１０（ｂ）のＶＳＷＲ特性図は、図１０（ａ）のＶＳＷＲ特性図と比較すると、図中の２直線で挟まれた８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの帯域でＶＳＷＲ値が少し減少した程度である。一方、図１０（ｃ）のＶＳＷＲ特性図は、図１０（ａ）、（ｂ）のＶＳＷＲ特性図と比較すると、８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚの帯域でＶＳＷＲ値が大きく減少し、また、ＶＳＷＲ値のピークがあることからアンテナとしての共振を見ることができ、大きく改善されていることがわかる。

また、図１１は、（ａ）従来の通信端末、及び（ｂ）本実施形態の通信端末のそれぞれから得られる水平偏波と垂直偏波の指向性図である。水平偏波の指向性図は、アンテナが水平面と平行になるよう通信端末を配置した際の水平面の指向性を示している。また、垂直偏波の指向性図は、アンテナが水平面と垂直になるよう通信端末を配置した際の水平面の指向性を示している。図１１（ｂ）の本発明の通信端末の指向性は、図１１（ａ）の従来の通信端末の指向性と比較すると、水平偏波の指向性はアンテナに垂直な方向に、垂直偏波の指向性は全方位的に、ともに大きく改善されていることが分かる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、2002年11月7日出願の日本特許出願Ｎｏ．2002-324084に基づくものであ
り、その内容はここに参照として取り込まれる。

以上説明したように、アンテナから基板にかけては高周波電流が流れるが、筐体の背面を下に当該通信端末を金属板上に置いた状態では、鏡像効果によって逆相の高周波電流が金属板を流れるため、通信端末の基板を流れる高周波電流は打ち消され、このためアンテナの放射は弱められることとなる。しかし、本発明に係る通信端末によれば、当該状態にあっては、第１導体部は金属板に電気的に接続または高周波的に短絡されており、第２導体部は基板のＧＮＤ面に接続されているが、鏡像効果によって金属板に垂直な成分は強めあうため、第２導体部に基板上を流れる高周波電流が基板の延長として流れ、金属板に対して垂直な電界が生じることになる。このため、アンテナ利得は劣化せず、受信感度を良好に保つことができる。また、通信端末自体の大きさやデザインを変更する必要はほとんどなく第１導体部および第２導体部を設置することができる。

第１の実施形態の通信端末を示す外観図第１の実施形態の通信端末が有する主要部を横側から模式的に示した説明図他の実施形態の通信端末が有する主要部を横側から模式的に示した説明図他の実施形態の通信端末を示す外観図第２の実施形態の通信端末が有する主要部を底面側から模式的に示した説明図第２の実施形態の通信端末を横側（ａ）および背面側（ｂ）から模式的に示した説明図第３の実施形態の通信端末が有する下側筐体の背面側のカバーを取り外した状態を背面側から示した外観図第３の実施形態の通信端末が有する主要部を横側から模式的に示した説明図特開平１０−１２６３０４号公報に記載の小型無線機の構成を示す側面図（ａ）従来の通信端末、（ｂ）図９の小型無線機、及び（ｃ）本実施形態の通信端末のそれぞれから得られるＶＳＷＲ特性図（ａ）従来の通信端末、及び（ｂ）本実施形態の通信端末のそれぞれから得られる水平偏波と垂直偏波の指向性図

符号の説明

１０１ヒンジ
１０３上側筐体
１０５下側筐体
１０７アンテナ
１２１，１５３，２０３，３０５放射素子
１２３，１５５，２０５，３０７補助地板
２０１金属金具
３０３シールドケース

Claims

第一の面と、前記第一の面と反対の第二の面と、前記第一の面に垂直な第三の面と、を有する筐体と、
前記第三の面に設けられたコネクタと、
アンテナと、
前記アンテナが接続された基板と、
前記基板のＧＮＤ面と、
導体によって形成され、前記第二の面から露出するようまたは前記筐体の前記第二の面に沿うよう前記筐体の内側に配置された導体部と、
前記ＧＮＤ面および前記導体部と電気的に接続され、かつ前記導体部との垂直成分を構成する第１の金属金具及び第２の金属金具と、を備え、
前記コネクタは、入出力先の面が前記第三の面に設けられ、
前記ＧＮＤ面は、前記第一の面に沿って設けられ、
前記ＧＮＤ面と前記導体部との間に前記コネクタが設けられ、
前記第１の金属金具及び前記第２の金属金具は面状の部分を有し、
前記第１の金属金具と前記第２の金属金具との間に前記コネクタが設けられ、前記第１の金属金具の面状の部分と前記第２の金属金具の面状の部分とは対向するように設けられている携帯電話。
前記第１の金属金具と前記ＧＮＤ面との間に受動素子を備え、
前記第１の金属金具は、前記受動素子を介して前記ＧＮＤ面と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯電話。
前記導体部と前記第１の金属金具と前記第２の金属金具は一体に成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯電話。