JP4312072B2 - 携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明は、携帯無線機に関し、詳しくは、携帯無線機に内蔵するアンテナの構造に関する。

上部筐体と下部筐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携帯無線機が普及している。この種の携帯無線機に内蔵されるアンテナとしては、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されているように、上部筐体の一部を構成する導体をアンテナ素子として利用し、下部筐体から給電線を用いて給電する構成が知られている。

また、他の内蔵アンテナの構成として、図７及び図８に示すように、上ケース１０９の一部を構成する金属フレーム１０１をアンテナ素子として利用し、導電性のヒンジ部１０２を介して整合回路１１２及び無線回路１１３から給電することで、下ケース１１０に内蔵した回路基板１０４と金属フレーム１０１とをダイポールアンテナとして動作させる構成がある。

しかしながら、上記従来の構成では、上部筐体に内蔵された回路と下部筐体に内蔵された回路とを接続する上下回路接続線の影響により、アンテナ性能が劣化するという課題があった。特に、図７及び図８に示すような、上ケース１０９の金属フレーム１０１と下ケース１１０に内蔵した回路基板１０４とをダイポールアンテナとして動作させる構成においては、上下回路接続線のインピーダンスがダイポールアンテナに装荷されるようになり、アンテナ効率が劣化するという課題があった。

特開２００１−１５６８９８号公報 特開２００２−３３５１８０号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複数の筐体がヒンジ部を介して連結された構成において、アンテナ性能の劣化を低減し、高いアンテナ性能を得ることが可能な携帯無線機を提供することを目的とする。

本発明の携帯無線機は、第１の筐体と、第２の筐体と、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部とを有する携帯無線機であって、前記第１の筐体に設けられた導電性部材と、前記第２の筐体に設けられた回路基板と、前記第１の筐体内の回路と、前記第２の筐体内の回路とを電気的に接続する接続ケーブルと、前記ヒンジ部において設けられ、前記導電性部材に電気的に接続された導電性ヒンジ部と、前記導電性ヒンジ部の一方の端部に導通し、前記回路基板から給電を行う給電部と、前記給電部から所定距離離れた位置において、前記導電性ヒンジ部との間に前記接続ケーブルにおける誘導性リアクタンスを打ち消す容量性リアクタンスを発生する容量結合用導体とを備え、前記容量結合用導体が前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続されたものである。

この構成により、アンテナ動作の際に誘導性リアクタンスを打ち消す容量性リアクタンスが装荷されるため、アンテナ性能の劣化を低減でき、高いアンテナ性能を得ることが可能となる。

また、本発明の一態様として、上記の携帯無線機であって、前記容量結合用導体は、前記接続ケーブルが前記回路基板に接続される位置に所定距離近づけた位置において、前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続されるものも含まれる。

この構成により、より効果的にアンテナ性能の劣化を低減でき、高いアンテナ性能を得ることが可能となる。

また、本発明の一態様として、上記の携帯無線機であって、前記容量結合用導体は、前記接続ケーブルが前記ヒンジ部を挿通する位置の近傍に配置されるものも含まれる。

この構成により、より効果的にアンテナ性能の劣化を低減でき、高いアンテナ性能を得ることが可能となる。

また、本発明の一態様として、上記の携帯無線機であって、前記導電性ヒンジ部は、前記ヒンジ部の回転軸の機能を持つ円柱状導体を有して構成され、前記容量結合用導体は、前記円柱状導体の外面に沿って所定間隔を隔てて配置された断面が円弧状の導体板を有して構成されるものも含まれる。

この構成により、簡単なヒンジ構造によって高いアンテナ性能を得ることが可能となる。

本発明によれば、複数の筐体がヒンジ部を介して連結された構成において、アンテナ性能の劣化を低減し、高いアンテナ性能を得ることが可能な携帯無線機を提供できる。

本実施形態では、上部筐体と下部筐体との２つの筐体をヒンジ部で連結して開閉自在とした折畳式の携帯無線機の例を示す。この携帯無線機は、携帯電話機等に適用可能なものである。

図１及び図２は本発明の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す図であり、図１は背面側から見た平面図、図２は側面図である。ここでは、図１及び図２において互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３方向を定義している。

携帯無線機３０は、第１の筐体（上部筐体）に相当する上ケース９と、第２の筐体（下部筐体）に相当する下ケース１０とがヒンジ部２により開閉可能に連結されている。図２において上ケース９の＋Ｘ方向側にある面、すなわち一般に液晶表示装置等による表示部が配置される面には、金属材料を含んで構成され導電性を有するフレーム１が装着されている。フレーム１は、素材として高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えばマグネシウム合金が用いられ、薄い箱状に形成された筐体枠を兼ねる導電性部材からなる。このようなフレーム１を設けた構成により、薄型形状である上部筐体の強度を確保するとともに、フレーム１が導体板によるアンテナ素子としても動作する。ここで、フレーム１の長辺の長さＬ１は９０ｍｍ程度であるものとする。

ヒンジ部２は、導電性ヒンジ部を含んで構成され、導電性を有する板状部材からなるヒンジ金具５と、このヒンジ金具５に連結される円柱導体７と、この円柱導体７と結合される回転軸８及び支持軸１１とを有している。フレーム１とヒンジ金具５とが取付ネジ６によって上ケース９に取り付けられることにより、フレーム１とヒンジ金具５とが電気的に接続されるとともに、上ケース９とヒンジ金具５とが機械的に固定される。

円柱導体７は、導電性材料によって円柱状に形成されたものであり、この円柱導体７とヒンジ金具５とは機械的かつ電気的に接続されている。円柱導体７の内周側には、回転軸８及び支持軸１１が内挿されている。回転軸８は、導電性材料により形成された円柱の棒状部材であり、円柱導体７の一端（図１において右側（−Ｙ側）端部）より突出している。支持軸１１は、樹脂材料等の非導電性材料による成型品等の円柱の棒状部材により構成され、円柱導体７の他端（図１において左側（＋Ｙ側）端部）より突出している。

円柱導体７と回転軸８とは機械的かつ電気的に接続される。回転軸８は、円柱導体７の一端において、下ケース１０に設けられた給電金具３により回動可能に支持されている。 すなわち、回転軸８と給電金具３とは、例えばベアリング構造によって回動可能でかつ電気的な導通が確保された状態で連結されている。支持軸１１は、円柱導体７の内周部に固着され、円柱導体７の他端において、下ケース１０に設けられた支持部材２５によって回動可能に支持されている。このように、円柱導体７と一体的に構成されそれぞれ端部より突出した回転軸８と支持軸１１とが、それぞれ回動可能に支持されることにより、円柱導体７の両端が下ケース１０に対して回動可能に支持される。

上記のようにヒンジ部２が構成されることで、上ケース９と下ケース１０とが回動可能なように連結されるとともに、上ケース９のフレーム１から下ケース１０の給電金具３までが電気的に導通されることなる。ここで、フレーム１とヒンジ部２とを合わせた電気長Ｌ２は１１０ｍｍ程度である。

下ケース１０の内部には、整合回路１２及び無線回路１３を含む回路基板４が配置されている。給電金具３は、回路基板４上の整合回路１２に例えばバネ接触や半田付けにより電気的に接続される。回路基板４は、携帯無線機の各種機能を実現する回路部品が実装されたプリント基板であり、そのほぼ全面に回路の接地電位となるグランドパターンが形成されている。ここで、回路基板４の長手方向の長さＬ３は９０ｍｍ程度であり、回路基板４のグランドパターンと円柱導体７との間は所定の隙間Ｇが設けられている。無線回路１３は、携帯無線機の送信及び受信機能を有するもので、回路基板４上に実装されており、その送受信入出力が整合回路１２に接続される。

上記のように構成することで、長さＬ１が例えば９０ｍｍ程度のフレーム１が、ヒンジ部２を介して整合回路１２から給電されることになり、長さＬ３が９０ｍｍ程度の回路基板４と長さＬ２が１１０ｍｍ程度のヒンジ部２及びフレーム１とが一種のダイポールアンテナとして動作することになる。

図３〜図５は図１及び図２に示す携帯無線機のヒンジ部を拡大した図であり、図３は図１と同様に背面側から見た平面図、図４は２つの筐体を開いた状態の図２と同方向から見た側面図である。また、図５は２つの筐体を閉じた状態の図２と同方向から見た側面図である。

ヒンジ部２の−Ｘ方向側、すなわち筐体背面側には、円柱導体７の近傍に断面が円弧状である曲板状の導体板１４が配置されている。導体板１４は、容量結合用導体として設けられ、円柱導体７の円柱状表面から所定の間隔を隔てられるように略半円柱状に形成されており、導体板１４と円柱導体７とは機械的に接触していない。円柱導体７と導体板１４との間隔は、例えば０．５ｍｍ程度に設定される。導体板１４は、回路基板４上のグランドパターンに半田付け又はバネ接触等によって電気的に接続される。このような各部材の配置により、円柱導体７は導体板１４に機械的に干渉されることなく回動することができ、かつ、円柱導体７と導体板１４との間には容量性リアクタンスが発生し例えば２ｐＦ程度の容量値が得られる。

また、上部筐体と下部筐体の回路間の電気的な接続を行う接続ケーブル１５が設けられ、ヒンジ部２内を挿通している。接続ケーブル１５は、例えばフレキシブル基板上に数十本の接続線が形成されたものであり、上部筐体内部の回路、例えば液晶表示部と下部筐体内の回路基板４に実装されている回路との電気的な回路接続を行うものである。この接続ケーブル１５は、上ケース９内より延設されて円柱導体７及び支持軸１１の内部を挿通され、一端が回路コネクタ１６によって回路基板４に接続される。

接続ケーブル１５には、複数のグランドラインと信号ラインが内蔵されており、これらのすべての接続線はアンテナ動作から見て高周波的に上部筐体と下部筐体とを一定のインピーダンスで接続するように動作する。導体板１４は、接続ケーブル１５の挿通経路に所定距離近づけた近傍部分に配設される。

次に、本実施形態におけるアンテナ動作時の動作状態について説明する。図６は本実施形態の携帯無線機におけるアンテナ動作を模擬的に示した説明図である。図６において、導体板１７は図１に示すフレーム１及びヒンジ部２をアンテナ動作から見て模擬したものであり、導体板１８は回路基板４のグランドパターンを模擬したものである。給電部１９は整合回路１２と給電金具３で構成される給電系を模擬したものである。

また、接続線２０及びリアクタンス素子２１は図３に示す接続ケーブル１５を高周波的な等価回路で示したものである。また、容量性リアクタンス２２は円柱導体７と導体板１４との間に発生する容量性リアクタンスを示したものである。

この図６において、導体板１７と導体板１８は給電部１９によって給電された板状ダイポールアンテナとして動作する。このとき、リアクタンス素子２１は一般に誘導性リアクタンスとなり、この誘導性リアクタンスが板状ダイポールの一部に装荷されることになる。この誘導性リアクタンスの装荷現象により、ダイポールアンテナの放射抵抗が低下しアンテナの放射効率が劣化する。

本実施形態では、導体板１４の追加によって得られる容量性リアクタンス２２が接続線２０及びリアクタンス素子２１の近傍に接続されることにより、リアクタンス素子２１の誘導性リアクタンスを相殺することができる。このことにより、ダイポールアンテナの放射抵抗の低下を抑えて放射効率を改善することができる。

このとき、容量性リアクタンス２２を装荷する位置は、接続線２０及びリアクタンス素子２１が導体板１７及び導体板１８に接続される位置に極力近い方が放射効率の改善効果が高い。図１〜図５で示した構成例においては、本願発明者による実験の結果、約３ｄＢ程度の改善効果が得られることが確認された。

容量性リアクタンス２２を装荷する手段としては、例えば、図１においてヒンジ部２の支持軸１１が設けられる左端部、すなわち図１の座標系で＋Ｙ側端部において、他方の端部と同様に給電金具３と回転軸８のように回動可能でかつ電気的接続が確保される回転ヒンジ機構を追加した上で、回路素子による容量性リアクタンスを接続する構成も考えられる。しかし、仮にこのような構成を用いると、ヒンジ部の機構が複雑となり、また追加的な回路素子が必要となるため、携帯無線機の大型化、重量の増大やコストアップを招くおそれがある。

これに対し、上述した本実施形態の構成によれば、導体板１４を円柱導体７に近接させて容量結合させるという簡単なヒンジ部構造によって、一般に誘導性リアクタンス成分を示す接続ケーブルの影響を抑えて高いアンテナ性能を確保することができる。これにより、携帯無線機の小型軽量化が図れ、かつ追加的な回路素子が不要となる。

なお、導体板１４の形状及び配置位置は上述した本実施形態の構成に限らず、ヒンジ部の導電性部材の一部との間隙において容量性リアクタンスを発生するように構成されたものであれば所定の効果が得られる。

給電部がヒンジ部の導電性部材の端部に配置される場合、導体板１４すなわち容量結合用導体は、給電部から所定距離離れるように、給電部が配置される端部に対し反対側の端部に配置することがアンテナ性能上望ましい。具体的には、導体板１４すなわち容量結合用導体の位置は給電部から携帯無線機の筐体の幅方向に１０分の１波長程度（例えば２ＧＨｚ帯で約１５ｍｍ程度）以上離れた位置に配置すればより高い効果が得られる。

また、導体板１４の接地点と接続ケーブル１５が回路基板４に接続される回路コネクタ１６との距離が極力小さくなるように設定することが望ましい。具体的には、導体板１４の接地点と接続ケーブル１５の接地点との間隔が１０分の１波長程度（例えば２ＧＨｚ帯で約１５ｍｍ程度）以下であることがアンテナ性能上望ましい。

上述したように、本実施形態によれば、複数の筐体がヒンジ部を介して連結された構成において、簡単なヒンジ部構造によって各筐体を電気的に接続する接続線によるアンテナ性能の劣化を低減し、高いアンテナ利得を確保することが可能となる。これにより、特に折畳型携帯電話機等において、小型軽量化と高い通信性能の両立が可能となる。

本発明は、複数の筐体がヒンジ部を介して連結された構成において、アンテナ性能の劣化を低減し、高いアンテナ性能を得ることができる効果を有し、折畳型携帯電話機等の携帯無線機等に有用である。

本発明の実施形態に係る携帯無線機の構成を示すもので、携帯無線機を背面側から見た平面図 本発明の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す側面図 本実施形態の携帯無線機のヒンジ部を拡大したもので、携帯無線機を背面側から見た平面図 本実施形態の携帯無線機のヒンジ部を拡大したもので、２つの筐体を開いた状態の側面図 本実施形態の携帯無線機のヒンジ部を拡大したもので、２つの筐体を閉じた状態の側面図 本実施形態の携帯無線機におけるアンテナ動作を模擬的に示した説明図 従来の携帯無線機の構成例を示す平面図 従来の携帯無線機の構成例を示す側面図

符号の説明

１ フレーム
２ ヒンジ部
３ 給電金具
４ 回路基板
５ ヒンジ金具
６ 取付ネジ
７ 円柱導体
８ 回転軸
９ 上ケース（上部筐体）
１０ 下ケース（下部筐体）
１１ 支持軸
１２ 整合回路
１３ 無線回路
１４ 導体板
１５ 接続ケーブル
３０ 携帯無線機

Claims (4)

1. 第１の筐体と、第２の筐体と、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを回動可能に連結するヒンジ部とを有する携帯無線機であって、
   前記第１の筐体に設けられた導電性部材と、
   前記第２の筐体に設けられた回路基板と、
   前記第１の筐体内の回路と、前記第２の筐体内の回路とを電気的に接続する接続ケーブルと、
   前記ヒンジ部において設けられ、前記導電性部材に電気的に接続された導電性ヒンジ部と、
   前記導電性ヒンジ部の一方の端部に導通し、前記回路基板から給電を行う給電部と、
   前記給電部から所定距離離れた位置において、前記導電性ヒンジ部との間に前記接続ケーブルにおける誘導性リアクタンスを打ち消す容量性リアクタンスを発生する容量結合用導体とを備え、
   前記容量結合用導体が前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続された携帯無線機。
2. 請求項１に記載の携帯無線機であって、
   前記容量結合用導体は、前記接続ケーブルが前記回路基板に接続される位置に所定距離近づけた位置において、前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続される携帯無線機。
3. 請求項２に記載の携帯無線機であって、
   前記容量結合用導体は、前記接続ケーブルが前記ヒンジ部を挿通する位置の近傍に配置される携帯無線機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の携帯無線機であって、
   前記導電性ヒンジ部は、前記ヒンジ部の回転軸の機能を持つ円柱状導体を有して構成され、
   前記容量結合用導体は、前記円柱状導体の外面に沿って所定間隔を隔てて配置された断面が円弧状の導体板を有して構成される携帯無線機。
   

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