JP4572580B2 - 折り畳み式携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明は、内蔵アンテナを用いた折り畳み式携帯無線機に関する。

折り畳み式の携帯電話機は、一般に、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在にしたものであり、開いた状態と閉じた状態の２つの状態をとり得る。このため、開いて使用する状態で閲覧する表示画面を大型化できるといった利便性と、閉じて使用する状態ではコンパクトな形状にすることができるという携帯容易性の２つの利点を有している。

従来の折り畳み式携帯無線機用アンテナとしては、上部筐体内部にアンテナ素子を配設して、ヒンジ部を通した給電線を介してこのアンテナ素子に給電し、下部筐体内部の回路基板のグランドパターンを下側アンテナ素子として動作させる構成が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２ 参照）。
特開２００１−１５６８９８号公報（第４頁、図１） 特開２００２−３３５１８０号公報（第３頁〜第４頁、図１〜図４）

しかしながら、上記従来の折り畳み式携帯無線機では、下部筐体全体にアンテナ電流が流れるため、通話状態において使用者の手によって下部筐体を握られた場合にアンテナ性能が劣化するという課題があった。

また、上記従来の折り畳み式携帯無線機のアンテナ放射特性における主偏波は筐体の長手方向となり、通話状態において折り畳み式携帯無線機を傾けて保持した場合に主偏波が地面に対してほぼ水平になるので、一般に垂直偏波である基地局アンテナと偏波方向が一致せず通信品質が劣化するという課題があった。

また、上記従来の折り畳み式携帯無線機では、上部筐体と下部筐体を閉じた待ち受け状態において、上部筐体内部のアンテナ素子と下部筐体内部の回路基板が平行に近接するため、放射抵抗が低下しアンテナ性能が劣化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、通話状態と待ち受け状態の両方において高いアンテナ性能を確保できる折り畳み式携帯無線機を提供することにある。

本発明の折り畳み式携帯無線機は、前記上部筐体内に設けられた上部筐体アンテナ素子と、前記下部筐体内に設けられた回路基板から前記上部筐体アンテナ素子に給電する給電手段と、電気長が動作周波数において共振する導体素子とを備え、前記導体素子の一端を前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続し、前記導体素子の他端を開放するように構成する。この構成により、通話状態において高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、前記導体素子を折り畳み式携帯無線機の下部筐体の上端部近傍に配置する。

この構成により、通話状態において高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、前記導体素子を折り畳み式携帯無線機の幅方向に平行に配置する。

この構成により、主偏波方向を筐体の幅方向にできるため、通話状態においてさらに高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、前記上部筐体アンテナ素子に給電する手段としてヒンジ部導体を用い、前記ヒンジ部導体の側端部に給電部を備え、前記ヒンジ部導体の他の側端部を所定の値に設定されたリアクタンス素子を介して前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続する。

この構成により、通話状態において高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、筐体が閉じた状態においてアンテナとして動作する副アンテナ素子をヒンジ部近傍に備え、前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させる手段を備える。

この構成により、通話状態においてさらに高いアンテナ性能を確保することができる。また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させる手段を備える。

この構成により、筐体を閉じた状態において高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、無線回路部の通信品質を検出する通信品質検出手段を備え、前記通信品質検出手段の検出結果に応じて、前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるか又は前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるかを切り替える制御手段を備える。

この構成により、通話状態と筐体を閉じた状態の両方において高いアンテナ性能を確保することができる。

また、本発明の折り畳み式携帯無線機は、筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段を備え、前記開閉検出手段の検出結果に応じて前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるか又は前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるかを切り替える制御手段を備える。

この構成により、通話状態と筐体を閉じた状態の両方において高いアンテナ性能を確保することができる。

本発明は、通話状態において高いアンテナ性能が得られ、また、上部筐体と下部筐体を閉じた待ち受け状態においても高いアンテナ性能が得られるものである。

以下、本発明の実施の形態の折り畳み式携帯無線機について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態の折り畳み式携帯無線機を図１および図２に示す。

図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の折り畳み式携帯無線機の内部構成を示した側面図であり、図１（ｂ）は同じく内部構成を示した底面図である。また図２は本発明の第１の実施の形態の折り畳み式携帯無線機を底面から見た斜視図である。

図１において、上部筐体９と下部筐体１０をヒンジ部２で連結した構造によって折り畳み式携帯無線機が構成しており、ヒンジ部２を中心として回動することにより開いた状態と閉じた状態の２つの状態をとり得る。なお、上部筐体９と下部筐体１０は絶縁体である樹脂の成型品により構成している。

上部筐体９の＋Ｘ側の面、すなわち一般に表示部が配置される面には、金属フレーム１が装着されている。一般に、金属フレーム１には、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る。これにより、薄型形状である上部筐体の強度を確保するとともに金属フレーム１がアンテナ素子として動作する。一般に、金属フレーム１の長辺の長さＬ１は９０ｍｍ程度である。

金属フレーム１と、ヒンジ金具５とが、ネジ６によって上部筐体９に取り付けられることにより、金属フレーム１とヒンジ金具５とが電気的に接続されるとともに、上部筐体９とヒンジ金具５とが機械的に固定される。

ヒンジ金具５と、ヒンジ金具８とが、連結手段に該当する回転軸７により回動可能なように連結される。ヒンジ金具５、ヒンジ金具８及び回転軸７は導電性の金属で形成されており、それぞれの間の接触点において電気的に導通するように構成される。これらのヒンジ金具５、ヒンジ金具８及び回転軸７によってヒンジ部２が構成され、同時にヒンジ部導体を形成している。

ヒンジ金具８の一部と給電端子３とがネジ１３によって下部筐体１０に取り付けられることにより、ヒンジ金具８と給電端子３とが電気的に接続されるとともに、下部筐体１０とヒンジ金具８とが機械的に固定される。

給電端子３は、下部筐体１０の内部に配置された回路基板４上の整合回路１１に例えばバネ接触や半田付けにより接続される。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。

導体素子１４はその長さＬ４がほぼ４分の１波長（例えば、２ＧＨｚ帯において３７ｍｍ程度）のＬ字型に成形された板金で構成される。図２の斜視図に示すように、導体素子１４はその一端が回路基板４のグランドパターンに例えばバネ接触や半田付けにより接続され、他端が開放される。また、導体素子１４は間隔ｈ１（例えば５ｍｍ程度）を隔てて回路基板４と平行に配置される。また、導体素子１４は折り畳み式携帯無線機の幅方向に平行に配置される。導体素子１４の導体幅は、例えば５ｍｍ程度に設定される。

上記のように構成された折り畳み式携帯無線機において、金属フレーム１とヒンジ部２とが長さＬ２（例えば、１１０ｍｍ）の上部筐体アンテナ素子として動作し、この上部筐体アンテナ素子のインピーダンスを無線回路１２の入力インピーダンス（一般には５０Ω）に整合する機能を整合回路１１が果たす。また、長さがＬ３（例えば、９０ｍｍ）である回路基板４上のグランドパターンが下部筐体アンテナ素子として動作する。すわわち、金属フレーム１及びヒンジ部２と、回路基板４とがダイポールアンテナとして動作する。ここで、ヒンジ金具８と回路基板４上のグランドパターンとの間隔Ｇを極力離すように（
例えば２ｍｍ以上）構成することがアンテナ性能上望ましい。

導体素子１４が回路基板４のグランドパターンに接続される位置と整合回路１１の接地位置との間隔Ｌ５を極力短く（例えば、５ｍｍ以下程度）に設定する。このように構成すると、導体素子１４は１／４波長の地線として動作する。

ここで、導体素子１４が存在しない場合は、回路基板４のグランドパターン上には大きなアンテナ電流が流れる。この場合、使用者が下部筐体を手で保持する通話状態においては、手の影響により回路基板４のグランドパターン上に分布するアンテナ電流からの放射が抑圧されアンテナ性能が劣化する。

しかし、本実施形態の折り畳み式携帯無線機では、導体素子１４が配置されて地線として動作するため、回路基板４上のグランドパターン上に分布する電流の多くが導体素子１４上に分布することになる。この時、導体素子１４を下部筐体の上端部近傍に配置しておけば、図３に示すような通話状態において、導体素子１４が使用者１５の手１６で握られることが少ない。

したがって、導体素子１４上に分布するアンテナ電流からの放射が抑圧されることがなく、通話状態において高いアンテナ性能が得られる。

また、導体素子１４を折り畳み式携帯無線機の幅方向に平行に配置することにより、図１においてＹ方向の偏波成分の放射特性が得られる。この時、図３に示すように折り畳み式携帯無線機が天頂方向より６０度傾斜されて保持された一般的な通話状態において、図３の座標系のＺ方向成分すなわち垂直偏波成分の放射特性が得られる。これにより、通話状態における高いアンテナ利得が得られ、例えば、導体素子１４がない場合に比べて約２ｄＢのアンテナ利得の改善効果を得ることができる。

なお、本実施形態においては導体素子１４の長さＬ４を４分の１波長として説明したが、導体素子１４の長さは下部筐体内部の回路基板上のアンテナ電流をこの導体素子に分流することができる長さであればよい。

また、導体素子１４の幅は、例えば１ｍｍ程度であってもよいが、この場合は動作周波数の帯域幅が比較的狭くなる。導体素子１４の幅は広い方が帯域幅を広くすることができるので望ましい。

また、複数の動作周波数に対応するために、複数の異なる長さを有する導体素子を配置してもよい。

また、導体素子１４の配置位置は、通話状態において手で握られる確率が少ない位置であればよいが、導体素子１４の接地位置が整合回路１１の接地位置に極力近い方が導体素子１４上に分布する電流が多くなるため望ましい。このことから、導体素子１４の配置位置は、下部筐体の極力上端部に近い位置が望ましい。

また、導体素子１４の配置方向は通話状態において手で握られることがない範囲であれば一定の効果が得られるが、通話状態において垂直偏波成分が得られるので導体素子１４の方向を折り畳み式携帯無線機の幅方向に平行にすることが望ましい。

また、本実施形態においては金属フレーム１を上部筐体アンテナ素子として動作させているが、これに限るものではなく、例えば、上部筐体内部に配置される回路基板のパターンやシールドケースなどの導体を用いてもよい。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態の折り畳み式携帯無線機を図４に示す。

図４は、本発明の第２の実施の形態の折り畳み式携帯無線機の内部構造を示した底面図である。

図４において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図４において、ヒンジ金具８の給電端子３が接続される位置に対向する側に、端子１７が取り付けられている。端子１７はリアクタンス素子１８によって回路基板４上のグランドパターンに接続される。

リアクタンス素子１８の容量値は、例えば、０．５ｐＦ〜１０ｐＦ程度の容量性か又は１ｎＨ〜２０ｎＨ程度の誘導性の値に設定される。リアクタンス素子１８の値を変化させると、ヒンジ金具８上に流れるアンテナ電流の位相を変化させることができる。

ここで、リアクタンス素子１８の値を調節し、ヒンジ金具８上に流れるアンテナ電流の位相と導体素子１４上に流れるアンテナ電流の位相との関係を最適化することにより、Ｙ方向の偏波成分すなわち折り畳み式携帯無線機の幅方向の偏波成分のＺ方向への放射を高めることができる。この現象により、通話状態におけるアンテナ利得を高くすることができる。

例えば、リアクタンス素子１８の値を０．５ｐＦに設定した場合、通話状態において、リアクタンス素子１８がない場合と比較して約１ｄＢのアンテナ利得の改善効果が得られる。

なお、端子１７及びリアクタンス素子１８が配置される位置は、折り畳み式携帯無線機の幅方向の偏波成分の放射を高めることができる位置であればよいが、給電端子３の位置すなわち給電点から折り畳み式携帯無線機の幅方向に極力離れた位置である方が効果が大きい。

また、導体素子１４が存在しない状態においても、リアクタンス素子１８を追加することによる効果が得られるが、導体素子１４とリアクタンス素子１８とを同時に追加し併用した場合の方がより高い効果が得られる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態の折り畳み式携帯無線機を図５及び図６に示す。図５（ａ）は本発明の第３の実施の形態の折り畳み式携帯無線機の内部構造を示した側面図であり、図５（ｂ）は同じく内部構造を示した底面図である。また図６は本発明の第３の実施の形態の折り畳み式携帯無線機を底面から見た斜視図である。

図５、図６において、図１、図２、及び図４と同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本発明の第３の実施の形態の折り畳み式携帯無線機には、副アンテナ素子１９を設けている。図５において、副アンテナ素子であるアンテナ素子１９は導電性の板金で形成され、その長さが動作周波数のほぼ４分の１波長（２ＧＨｚ帯において３７ｍｍ程度）に設定される。アンテナ素子１９は、図６の斜視図に示すように、ヒンジ金具８から間隔ｈ２だ
け離してヒンジ部近傍に配置される。

アンテナ素子１９及び給電端子３はそれぞれ回路基板４上に実装されたアンテナ制御回路部２０によって選択されて無線回路１２に接続される。

図７及び図８に、アンテナ制御回路部２０の構成を示す。ここで、アンテナ制御回路部２０は、整合回路２１、整合回路２２、高周波スイッチ２３、高周波スイッチ２４、終端リアクタンス素子２５及び終端リアクタンス素子２６から構成されている。

図７は、折り畳み式携帯無線機の上部筐体と下部筐体を開いた状態において、給電端子３が選択されている状態を示している。このとき、給電端子３は整合回路２１及び高周波スイッチ２３を介して無線回路１２に接続される。この状態におけるアンテナ動作は図１に示すものとほぼ同様に、金属フレーム１及びヒンジ部と、回路基板４とがダイポールアンテナとして動作する。

ここで、アンテナ素子１９は整合回路２２及び高周波スイッチ２４を介して終端リアクタンス素子２６で接地される。このとき、終端リアクタンス素子２６の値を調節して、整合回路２２のアンテナ素子１９側から整合回路２２側を見たインピーダンスを低くするように、すなわちアンテナ素子１９が回路基板４上のグランドパターンに短絡される状態になるように設定する。

このように構成することで、アンテナ素子１９は図１における導体素子１４と同様にほぼ４分の１波長の地線として動作する。したがって、通話状態におけるアンテナ利得を高くすることができる。

ここで、制御回路２７は無線回路１２の受信レベルを検知して、常に受信レベルが高い方のアンテナ素子を選択するように高周波スイッチ２３及び高周波スイッチ２４を切り替えるように動作する。筐体を開いた状態においては給電端子３を選択した方がアンテナ性能が高い。そのため上記のように構成することで、筐体を開いた状態では常に高周波スイッチは図７に示す状態に制御される。

次に、筐体は閉じられた状態について図８を用いて説明する。この状態においては、アンテナ素子１９は整合回路２２及び高周波スイッチ２４を介して無線回路１２に接続される。また、給電端子３は整合回路２１及び高周波スイッチ２３を介して終端リアクタンス素子２５によって接地される。

ここで、終端リアクタンス素子２５の値を調節して、整合回路２１の給電端子３側から整合回路２１側を見たインピーダンスを低くするように、すなわち給電端子３が回路基板４上のグランドパターンに短絡される状態になるように設定する。このように構成することで、アンテナ素子１９は給電端子３及びヒンジ金具８の影響を受けないようになり、アンテナ素子１９のアンテナ性能を高くすることができる。

筐体を閉じた状態においては、図５に示す金属フレーム１が回路基板４と近接して平行になっており、給電端子３を選択した場合のアンテナ性能は低くなっている。したがって、筐体を閉じた状態においては、常にアンテナ素子１９側が選択された図８に示す状態に制御される。

上記の説明のように、本実施形態の折り畳み式携帯無線機によれば、筐体を開いた状態においてアンテナ素子１９が地線として動作し通話状態における高いアンテナ性能が得られ、筐体を閉じた状態においてはアンテナ素子１９がアンテナとして動作して高いアンテ
ナ性能が得られる。

なお、アンテナ素子１９の配置位置は本実施形態に示すものに限らず、下部筐体の上端部において上部筐体を開いた状態の通話時アンテナ利得と上部筐体を閉じた状態のアンテナ利得のいずれもが高くできるような位置であればよい。具体的には、ヒンジ金具８付近において、それとの間隔ｈ２を極力離すように（例えば、５ｍｍ以上）配置し、かつ、上部筐体を開いた通話時において使用者の手に握られない位置に配置することがアンテナ性能上望ましい。

また、アンテナ素子１９の幅は、例えば１ｍｍ程度であってもよいが、この場合は動作周波数の帯域幅が比較的狭くなる。アンテナ素子１９の幅は広い方が帯域幅を広くすることができるので望ましい。

また、複数の動作周波数に対応するために、複数の異なる長さを有するアンテナ素子を配置してもよい。

また、リアクタンス素子１８が存在しない状態においても、アンテナ素子１９を追加することによる効果が得られるが、アンテナ素子１９とリアクタンス素子１８とを同時に追加し併用した場合の方がより高い効果が得られる。

また、本実施形態においては無線回路１２の受信レベルによって高周波スイッチを切り替える構成としてが、例えばビット誤り率などの通信品質を検出しそれに応じて切り替え動作を行ってもよい。

また、筐体の開閉状態を検出する手段として、例えばホール素子と永久磁石などを用いて、筐体を開いた状態においては給電端子３を無線回路１２に接続してアンテナ素子１９を短絡状態として、筐体を閉じた状態においては給電端子３を短絡状態としてアンテナ素子１９を無線回路１２に接続するように構成してもよい。

さらに、通話状態や待受状態などの動作モードを検出し、それによって給電端子３とアンテナ素子１９の選択を制御しても同様な効果が得られる。

以上のように、本発明は、通話状態において高いアンテナ性能が得られるので通話品質を向上することができ、さらに、筐体を閉じた状態においても高いアンテナ性能が得られるため待ち受け感度を向上することができるので、折り畳み式携帯電話機をはじめ、その他の折り畳み式携帯無線機に適用することができる。

（ａ）第１の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の基本構成を示した側面 図（ｂ）第１の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の基本構成を示した底面図 第１の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の斜視図 第１の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の使用状態を示す図 第２の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の基本構成を示した底面図 （ａ）第３の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の基本構成を示した側面 図（ｂ）第３の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の基本構成を示した底面図 第３の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の斜視図 第３の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の筐体を開いた状態のアンテナ 制御回路部の構成を示す図 第３の実施の形態に係る折り畳み式携帯無線機の筐体を閉じた状態のアンテナ 制御回路部の構成を示す図

符号の説明

１ 金属フレーム
２ ヒンジ部
３ 給電端子
４ 回路基板
５ ヒンジ金具
７ 回転軸
８ ヒンジ金具
９ 上部筐体
１０ 下部筐体
１１ 整合回路
１２ 無線回路
１４ 導体素子
１８ リアクタンス素子
１９ 副アンテナ素子

Claims (7)

1. 上部筐体と下部筐体とをヒンジ部で連結して開閉自在にした折り畳み式携帯無線機であって、
   前記上部筐体内に設けられた上部筐体アンテナ素子と、
   前記下部筐体内に設けられた回路基板から前記上部筐体アンテナ素子に給電する給電手段と、
   電気長が動作周波数において共振し、一端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、他端が開放するように構成された導体素子と、を備え、
   前記ヒンジ部は、導電性の金属で形成されており、
   前記ヒンジ部の一端に設けられた給電部を介して、前記回路基板から前記上部筐体アンテナ素子に給電され、
   前記ヒンジ部の他端を所定の値に設定されたリアクタンス素子を介して、前記回路基板のグランドパターンに電気的に接続したことを特徴とする折り畳み式携帯無線機。
2. 前記導体素子を折り畳み式携帯無線機の下部筐体の上端部近傍に配置したことを特徴とする請求項１記載の折り畳み式携帯無線機。
3. 前記導体素子を折り畳み式携帯無線機の幅方向に平行に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の折り畳み式携帯無線機。
4. 前記上部筐体と下部筐体を閉じた状態においてアンテナとして動作する副アンテナ素子をヒンジ部近傍に備え、
   前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させる手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の折り畳み式携帯無線機。
5. 前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させる手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の折り畳み式携帯無線機。
6. 無線回路部の通信品質を検出する通信品質検出手段を備え、
   前記通信品質検出手段の検出結果に応じて、前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるか又は前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるかを切り替える制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の折り畳み式携帯無線機。
7. 前記上部筐体と下部筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段を備え、
   前記開閉検出手段の検出結果に応じて前記副アンテナ素子を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるか又は前記給電部を前記回路基板のグランドパターンに短絡させるかを切り替える制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の折り畳み式携帯無線機。

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