JP4429855B2 - 携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明は、電池部を備えた携帯無線機において、電池部と回路基板との接続位置によらず、高いアンテナ性能が得られる携帯無線機に関する。

携帯無線機は、無線回路及びロジック回路を動作させるための電池部を筐体内に備えている。電池部は、回路基板と平行に近接して配置され、回路基板上の接続端子を介して回路基板のグランドに接続されている。したがって、回路基板のグランドに流れるアンテナ電流と、グランドとの接続を介して電池に流れるアンテナ電流とが干渉し、アンテナ性能が劣化するという課題があった。

このような課題に対応した構成として、特許文献１の構成があげられる。特許文献１によれば、アンテナエレメントを電池部に接続してループアンテナを構成することで、電池部のアンテナへの影響を除去し、アンテナ性能を向上することができる。

特開平０５−０６７９１０号公報

しかしながら、上記の例では、電池の配置位置及びアンテナ構成が制限され、携帯無線機の設計の自由度が減少するという課題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池部と回路基板との接続位置によらず、高いアンテナ性能を確保できる携帯無線機を提供することにある。

本発明の携帯無線機は、筐体と、前記筐体内に収納された第１の回路基板および第２の回路基板と、前記筐体に取り付けられ、前記第１の回路基板または前記第２の回路基板に電気的に接続されたアンテナと、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板の間に配置され、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電力を供給する発電要素とを備え、前記発電要素のグランドと前記第１の回路基板のグランド、および、前記発電要素のグランドと前記第２の回路基板のグランドが、少なくとも無線周波数下で容量結合または高周波結合する。

また、発電要素の出力を制御する制御回路が更に設けられる。ここで、発電要素及び制御回路を一体にして形成される電池パックを、第１の回路基板上および第２の回路基板上に直接配置することもできる。

発電要素及び制御回路を、第１の回路基板上および第２の回路基板上に分離して配置することもできる。

また、第３の回路基板を更に設け、発電要素及び制御回路を、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板、並びに、前記第３の回路基板にそれぞれに配置してもよい。

また、本発明は、第１の回路基板および第２の回路基板と、前記第１の回路基板上または前記第２の回路基板上に設けられたアンテナ給電部と、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板の間に配置され、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電力を供給する発電要素とを備え、前記発電要素のグランドと前記第１の回路基板のグランド、および、前記発電要素のグランドと前記第２の回路基板のグランドが、少なくとも無線周波数下で容量結合または高周波結合する携帯無線機用基板ユニットとしても把握される。この携帯無線機用基板ユニットにおいても、上述の携帯無線機の様に、各種の構成を採用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、電池部と回路基板との接続位置によらず、高いアンテナ性能を確保できる。

以下、本発明に係る携帯無線機の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。無線周波数は９００ＭＨｚに設定する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の携帯無線機に用いられる回路基板及び電池部の模式図である。図から明らかなように、本実施形態では、回路基板１０２上に電池パック１０６が直接配置固定された構成（基板ユニット）を有する。

図１においては、回路基板１０２のグランド１０２ａが、回路基板１０２の上面に配置されたように描かれている。しかし、実際は回路基板１０２の中の金属層によりグランド１０２ａは与えられる。本図面においては説明の便宜のため、グランド１０２ａが回路基板１０２上に模式的に描かれている。電池パック１０６は回路基板１０２上に直接実装されている。

電池パック１０６は、それ自体が電圧電流を発生する発電要素１０７（図２、図３参照）と、当該発電要素１０７からの出力を検出し，制御する制御回路から構成される。本実施形態では、発電要素１０７及び制御回路が封止樹脂により、一体化されつつ覆われることにより電池パック１０６が製造される。

電池パック１０６の発電要素１０７は、いわゆる電池本体、電池部としての機能を有するもので、ベアセルともいう。発電要素１０７は任意の種類のものが用いられ、その種類や最小単位のユニット数は限定されない。例えば、３．６Ｖの電圧のリチウムイオン電池を用いることができる。

図示されていない制御回路は、発電要素１０７からの出力を検知し、かつ必要時には制御する機能を有する。例えば、制御回路は、携帯無線機本体への過電流、発電要素１０７の過充電を検知し、必要な場合においては、携帯無線機への電力供給又は発電要素１０７の充電を停止する機能を有する。制御回路も、種々の汎用回路の組み合わせにより得ることができ、その構成は限定されない。

回路基板１０２も種々の電子部品搭載用のものを用いることができ、その種類は限定されない。

本実施形態においては、回路基板１０２上に電池パック１０６が直接実装されているが、実際は、発電要素１０７が、回路基板１０２のグランド１０２ａと容量結合ないしは高周波結合を形成している。詳しくは、発電要素１０７はそれ全体がグランドで囲まれ、その外表面がグランド面として機能する。そして、回路基板１０２に対向した部分のグランド平面及び当該グランド平面に対向した回路基板側のグランド１０２ａの部分を、所定の容量を持つコンデンサとして置きかえることができる。従って、無線周波数の如き高周波領域では低インピーダンスないしはインピーダンスが実質的にゼロとなり、導通状態となっていると考えることができる。

本実施形態では、発電要素１０７の回路基板１０２に対向した面が、回路基板１０２のグランド１０２ａと平行ないしは略平行な平面である。前記対向面は、ほぼ全面がコンデンサの板金の一つとして機能し、グランド１０２ａの対向した部分が他の板金として機能し、両者は直接容量結合を形成していると考えることができる。従って、コンデンサの平面の面積は発電要素１０７の平面の面積に対応する。

以下、回路基板１０２と電池パック１０６の組み合わせを携帯無線機用基板ユニットということがある。同様に、上述の例において、電池パック１０６を発電要素１０７のみに置き換えることもでき、この回路基板１０２と発電要素１０７のみの組み合わせをも基板ユニットという。基板ユニットをサブアッセンブリとして、その他の部品の組み付けを設計することができる。

図２及び図３は、上述した回路基板及び電池パックの組み合わせ（基板ユニット）を用いた携帯無線機の基本的構成を示す。

携帯無線機は、筐体１０１、回路基板１０２、アンテナ１０３、整合回路１０４、無線部１０５、及び電池パック１０６を有する。筐体１０１は、樹脂により構成されており、小型端末を想定すると、長さは７０mm、幅は５０mm程度に設定される。アンテナ１０３にはヘリカルアンテナを用い、アンテナ１０３は整合回路１０４を介して無線部１０５に接続されている。

また、電池パック１０６は、上述の様に、樹脂でできたケースの内部にグランドで囲まれた発電要素１０７を有する。同封された制御回路の図示は省略されている。電池パックの寸法は縦幅３５ｍｍ ｘ 横幅３５ｍｍ ｘ 厚さ５ｍｍである。

そして、電池パック１０６は、表面に電源端子３０２を備え、当該電源端子３０２は、回路基板１０２上に設けられ、回路基板１０２の電源ラインに接続した電池端子３０３と接続されている。この構成により、電池パック１０６から回路基板１０２上の各種回路の駆動電流が供給される。電源端子３０２と電池端子３０３より、給電接続部が構成される。

さらに本実施形態においては、図２、図３の斜線部Ｃで現された部分において容量結合が形成されている。この容量結合Ｃは、上述したように、発電要素の回路基板１０２に対向した部分のグランド平面及び当該グランド平面に対向した回路基板側のグランド１０２ａの間で形成されている。図２、図３ではグランド１０２ａは図示省略されているが、一般的には回路基板１０２の厚み方向の一部を形成する金属層によって形成される。

上記のように構成した携帯無線機において、アンテナ動作の説明を行う。

図４は本実施形態におけるアンテナ電流分布を表し、図５は、本発明における容量結合Ｃの無い構成のアンテナ電流分布を表している。５０１，６０１は筐体に流れるアンテナ電流の強度を示している。一方、６０４は、発電要素１０７に流れるアンテナ電流の強度を示している。アンテナ１０３は無線周波数の１／４波長で共振するヘリカルアンテナ構成をしている。また、回路基板１０２の長さは６５ｍｍであり、無線周波数の１／４波長以下である。したがって、電池パックが無い場合、アンテナの給電部に相当するアンテナ給電点（図４、図５における筐体１０１とアンテナ１０３の接続点Ｐ）で電流の最大点を持ち、アンテナと反対側の回路基板の端部で、電流は最小となる。

図５の構成では、給電接続部において、図示しない電池パックのグランド端子が電池端子３０３と接続され、回路基板１０２のグランドに接続されるのが一般的である。

しかしながら、図５の構成のように、電池パック１０６がアンテナ１０３と反対側の回路基板１０２の端部で、必須の給電接続部のみを介して回路基板のグランドに接続されている場合、図５に示すように、アンテナ電流は基板端で最小にならずに、電池端子３０３を介して発電要素１０７（電池パック１０６）にも流れる。回路基板の長さが１／４波長以下であるため、アンテナと電池との間に電流の節（最小点）は持たず、電池端子３０３と反対側の発電要素１０７の端で電流は最小となる。また、回路基板１０２が長い場合に比べて、電流が集中するため、発電要素１０７に流れる電流は大きくなる。このとき、回路基板１０２に流れるアンテナ電流６０２と発電要素１０７に流れるアンテナ電流６０３とが逆相になり、互いに打ち消し合い、放射効率の劣化が生じる。特に、回路基板長が１／４波長以下である場合には、発電要素１０７に流れる電流が大きいため、放射効率の劣化も大きくなる。

一方、本実施形態では、図４に示すように、発電要素１０７と回路基板１０２のグランドの間で、無線周波数下、容量結合Ｃが形成されている。すなわち、発電要素１０７のグランドと、回路基板１０２のグランド１０２ａの間では、無線周波数下においてインピーダンスは実質的にゼロである。従って、回路基板１０２と発電要素１０７は一体的にアンテナの接地導体とみなすことができる。そのため、図５のような逆相電流６０３が流れることなく、電池パック１０６がない状態でのアンテナ電流の状態と同等の電流分布を実現することができ、放射効率が劣化するのを防止することが可能となる。

「インピーダンスが実質的にゼロ」とは、発電要素１０７のグランドと、回路基板１０２のグランド１０２ａの容量結合により、無線周波数下において両者はほぼ短絡状態にあること、言い換えると、両者は一体の金属導体を形成しているに等しい状態にあることをいう。完全にインピーダンスがゼロとなり、両者が一体の金属導体とみなせる状態も含む。この状態下では、アンテナ電流の分布が図４の如き、基板グランド内と発電要素グランド内において同相となることで、両者の間で逆相電流の発生を実質的に除去した状態となる。

上述の事項を効果の観点から述べると、「アンテナ特性に影響を及ぼさない程度まで、無線周波数下の発電要素側の逆相電流を下げるほど、インピーダンスが小さい」又は、「インピーダンスをゼロにすると同時に無線周波数下の発電要素側の逆相電流をゼロにし、アンテナ特性への影響をゼロにする」ということができる。

本実施形態においては、発電要素１０７の外表面はそのグランドを構成しており、外周面は、回路基板の各種回路、部品を作動させるための電流を供給する端子ではない。発電要素１０７の端子を構成する部分以外の非端子部分が外周面を構成しており、非端子部分が回路基板１０２のグランド１０２ａに対向して容量結合を形成している。言い換えると、非端子部分を、容量結合を構成する部材として積極的に用いており、外周、外枠が端子として機能する発電要素ないしは電池パックを本実施形態では用いていない。

もちろん、図１から図４の例において、回路基板１０２上に直接発電要素１０７を配置固定することができる。この固定には半田や接着剤などを用いることができる。上述の通り、回路基板１０２上に直接発電要素１０７を配置固定したものも、基板ユニットとして活用することができる。

（第２実施形態）
図６に第２実施形態における基板ユニットを示す。本基板ユニットにおいては、電池パック１０６ないしは発電要素１０７を金属その他のカバー１１０で固定する構成にした。具体的には、カバー１１０には爪部１１０ａが設けられ、回路基板１０２の所定位置に形成された係合穴１０２ｂに爪部１１０ａを係合させる。これにより、簡易に電池パック１０６ないしは発電要素１０７を回路基板１０２上に固定することができる。

（第３実施形態）
図７に第３実施形態における基板ユニットを示す。本基板ユニットにおいては、発電要素１０７と回路基板１０２の間に、比較的薄い非金属物質１１１を挟み込む構成とした。非金属物質としては各種のセラミックスなどを用いることができ、厚さは１ｍｍに設定することができるが、特に限定はされない。これにより容量結合Ｃを容易に調整することができる。電池パック１０６ないしは発電要素１０７と回路基板１０２の固定方法には通常の接着剤や、図７のカバーを用いることができるが、これについても特に限定はされない。

（第４実施形態）
図８に第４実施形態における基板ユニットを示す。本基板ユニットにおいては、回路基板１０２を二枚用い、その間に電池パック１０６ないしは発電要素１０７を挟み込む構成とした。必要に応じ、コネクタないしスペーサ１１２を更に設けることができる。

（第５実施形態）
図９に第４実施形態における基板ユニットを示す。第１実施形態においては、発電要素１０７と制御回路を一体化した電池パック１０６を用いた。本実施形態においては、発電要素１０７と制御回路１１３を分離し、単一ないしは複数の回路基板の離れた位置に実装した。図９（ａ）の例では、同一の回路基板１０２上に、発電要素１０７と制御回路１１３を配置し、両者をコネクタ１１４及びケーブル１１５を介して接続している。また、図９（ｂ）の例では、回路基板１０２上に発電要素１０７のみを設けるとともに、別の回路基板１１６を用意し、回路基板１１６上に制御回路１１３を配置し、両者をコネクタ１１４及びケーブル１１５を介して接続した。この構成下では、発電要素１０７とは別に制御回路１１３を実装するため、制御の高度化、差別化を図ることができる。また、部品配置の自由度を向上させることができる。二つの基板１０２，１１６は異なるものを用いているが、同一の基板を用いてもよい。

（第６実施形態）
図１０に第６実施形態の基板ユニットを示す。本基板ユニットにおいては、電池パック１０６を発電要素１０７と制御回路１１３とに分離したうえに、更に発電要素１０７を複数のセグメントに分割して回路基板１０２の表裏二面上に配置した。図示の例では、セグメント１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ，１０７ｆを表面（第１面）上に配置し、セグメント１０７ｇ，１０７ｈ，１０７ｉ，１０７ｊを裏面（第２面）上に配置している。各セグメントは単一のセルからなるものであってもよいし、複数のセルからなるものであってもよい。また、各セグメントの構成を異なるものとしてもよい。

また、上記の例において、二枚の回路基板１０２，１１６を用意し、セグメント１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ，１０７ｆを回路基板１０２上に配置し、セグメント１０７ｇ，１０７ｈ，１０７ｉ，１０７ｊを回路基板１１６上に配置する構成としてもよい。

（第７実施形態）
以上の実施形態においては、回路基板１０２のグランド１０２ａ上に、発電要素１０７又は電池パック１０６を配置した構成を模式的に示した。図１１では、グランド１０２ａを部分的に露出させ、当該露出した部分に発電要素１０７を任意の方法にて固定配置した状態を示す。この場合においては、発電要素１０７と回路基板１０２は直列的に面接続され、完全に一個の導体とみなすことができる。この構成下においても、発電要素１０７のグランドと回路基板１０２のグランド１０２ａ間の無線周波数下におけるインピーダンスが実質的にゼロということができ、第１実施形態における容量結合と同様の効果を得ることができる。

図１１において、二点鎖線Ａで示された部分は、別々に製造された発電要素１０７と回路基板のグランド１０２ａの接合面である。しかしながら、発電要素１０７とグランド１０２ａを同一工程において、同時に製造することもできる。その場合、二点鎖線Ａの部分は接合面ではなく、完全に一体成形された発電要素１０７とグランド１０２ａの境界線にすぎない。

図１１の構成を上述の総ての実施形態における発電要素と回路基板の接合に応用することは可能であり、かつ本発明に含まれる。

以上、特に図面を用いて本発明の実施形態を説明したが、アンテナと回路基板の接続方法、回路基板上での無線部及び整合回路の配置、筐体及び基板の構造、無線部及び整合回路の種類などは、特に限定されない。もちろん各部材の寸法も何ら実施形態のものに限定されない。

また、発電要素は種々のセルを用いたものを利用することができ、その種類は限定されない。また、制御回路の種類、電池パック製造のための密封樹脂カバー、シーリング樹脂の種類等も特に限定はされない。

上述した実施形態では、ヒンジを備えない携帯無線機を用いているが、ヒンジを備えた折畳式携帯無線機であってもよい。また、本実施形態ではアンテナとしてヘリカルアンテナを用いているが、回路基板をアンテナの設置導体として用いるアンテナであれば、逆Ｌアンテナや逆Ｆアンテナ等、他のアンテナでも同等の効果が得られ、その種類は限定されない。本発明の携帯無線機は、携帯電話やＰＨＳ、その他種々の携帯端末に用いることが可能である。

本発明によれば、基板上に電池構造を配置することで、他の余計な部品を用いることなく最適な電気的構造設計が可能となり、アンテナ性能の向上を図ることが可能となる。

また、電池ないしは電池パックとしての発電要素と制御回路を分けて配置することにより、使用目的に応じて、柔軟に発電要素、制御回路の種類を選択することが可能となり、容易な設計変更が可能となる。

また、回路基板及び発電要素（電池パック）の組み合わせからなる基板ユニットとして予め製造することにより、電池をいれるためのスペース、コネクタの配置による制限などを削減でき、携帯無線機の小型化を図ることが可能となる。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、携帯無線機において、電池と回路基板との接続位置によらず、高いアンテナ性能を得ることに有用である。

回路基板及びその上に配置された発電要素ないしは電池パックの模式図であり、図１（ａ）は側面図で、図１（ｂ）は平面図 携帯無線機の側面図 携帯無線機の正面図 携帯無線機のアンテナ電流の説明図 比較例の携帯無線機のアンテナ電流の説明図 爪部を備えたカバーにより発電要素ないしは電池パックを固定した例の側面図 発電要素と回路基板間に非金属物質を介在させた例の側面図 二つの回路基板間に発電要素ないしは電池パックを挟み込んだ例の模式図 発電要素と制御回路を分離して回路基板上に配置した例の模式図であり、図９（ａ）は発電要素と制御回路を同一回路基板上に配置した例であり、図９（ｂ）は発電要素と制御回路を異なる回路基板上に配置した例 発電要素を複数のセグメントに分けて、単一回路基板の表裏又は異なる二枚の回路基板に配置した例 回路基板及びその上に配置された発電要素の模式図であり、図１１（ａ）は側面図で、図１１（ｂ）は平面図

符号の説明

１０１ 筐体
１０２ 回路基板
１０３ アンテナ
１０４ 整合回路
１０５ 無線部
１０６ 電池パック
１０７ 発電要素
１１０ カバー
１１１ 非金属物質
１１２ コネクタ
１１３ 制御回路
１１４ コネクタ
１１５ ケーブル
１１６ 回路基板
３０２ 電源端子
３０３ 電池端子
５０１，５０２，６０１，６０２，６０３，６０４ 電流

Claims (10)

1. 筐体と、
   前記筐体内に収納された第１の回路基板および第２の回路基板と、
   前記筐体に取り付けられ、前記第１の回路基板または前記第２の回路基板に電気的に接続されたアンテナと、
   前記第１の回路基板および前記第２の回路基板の間に配置され、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電力を供給する発電要素とを備え、
   前記発電要素のグランドと前記第１の回路基板のグランド、および、前記発電要素のグランドと前記第２の回路基板のグランドが、少なくとも無線周波数下で容量結合または高周波結合する携帯無線機。
2. 請求項１に記載の携帯無線機であって、
   前記発電要素の出力を制御する制御回路を更に有する携帯無線機。
3. 請求項２に記載の携帯無線機であって、
   前記発電要素及び前記制御回路が一体にされて形成される電池パックが、前記第１の回路基板上および前記第２の回路基板上に直接配置された携帯無線機。
4. 請求項２に記載の携帯無線機であって、
   前記発電要素及び前記制御回路が、前記第１の回路基板上および前記第２の回路基板上に分離して配置された携帯無線機。
5. 請求項２に記載の携帯無線機であって、
   第３の回路基板を更に有し、
   前記発電要素及び前記制御回路が、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板、並びに、前記第３の回路基板にそれぞれ配置された携帯無線機。
6. 第１の回路基板および第２の回路基板と、
   前記第１の回路基板上または前記第２の回路基板上に設けられたアンテナ給電部と、
   前記第１の回路基板および前記第２の回路基板の間に配置され、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電力を供給する発電要素とを備え、
   前記発電要素のグランドと前記第１の回路基板のグランド、および、前記発電要素のグランドと前記第２の回路基板のグランドが、少なくとも無線周波数下で容量結合または高周波結合する携帯無線機用基板ユニット。
7. 請求項６に記載の携帯無線機用基板ユニットであって、
   前記発電要素の出力を制御する制御回路を更に有する携帯無線機用基板ユニット。
8. 請求項６に記載の携帯無線機用基板ユニットであって、
   前記発電要素及び前記制御回路が一体にされて形成される電池パックが、前記第１の回路基板上および前記第２の回路基板上に直接配置された携帯無線機用基板ユニット。
9. 請求項６に記載の携帯無線機用基板ユニットであって、
   前記発電要素及び前記制御回路が、前記第１の回路基板上および前記第２の回路基板上に分離して配置された携帯無線機用基板ユニット。
10. 請求項６に記載の携帯無線機用基板ユニットであって、
    第３の回路基板を更に有し、
    前記発電要素及び前記制御回路が、前記第１の回路基板および前記第２の回路基板、並びに、前記第３の回路基板にそれぞれ配置された携帯無線機用基板ユニット。
    

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