JP4734978B2

JP4734978B2 - 携帯無線機及び該携帯無線機に用いられる指向性改善方法

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Publication number: JP4734978B2
Application number: JP2005071766A
Authority: JP
Inventors: 正則櫻井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP2006254375A

Description

この発明は、携帯無線機及び該携帯無線機に用いられる指向性改善方法に係り、特に、折り畳み式の携帯電話機などのように、折り畳み式の構造をもち、かつアンテナがユニットの内部に設けられている携帯無線機及び該携帯無線機に用いられる指向性改善方法に関する。

携帯電話機のアンテナは、従来では、ユニットが一体式又は折り畳み式に関わらず、引き出し又は収納可能なホイップアンテナや固定のコイル型のものが用いられることが多い。一方、近年では、アンテナの小型化及び内蔵化が進み、ユニットのデザインを考慮したアンテナの設計が必要不可欠なものとなっている。ところが、アンテナの小型化及び内蔵化により、アンテナの特性（指向性）の劣化が大きくなるという問題点がある。このため、外観のデザインを損なわずに、アンテナの特性を向上させる必要がある。

従来、この種の技術としては、たとえば、次のような文献に記載されるものがあった。
特許文献１に記載された折り畳み形携帯無線機では、ホイップ型のアンテナ部が下部筐体におけるヒンジ部付近に外装されている。また、上部筐体に格納される上部筐体回路部と下部筐体に格納される下部筐体回路部との接続線が、上部筐体回路部と下部筐体回路部との間隔よりも長く構成されている。このため、筐体に生じた高周波電流に対してインダクタンスによる負荷がかかり、アンテナ特性を劣化させる要因となる高周波電流が損減される。

特許文献２に記載された携帯電話機では、可撓性基板と同一面内において外側に延びる導電性の延長部が形成されている。この延長部が上部筐体前面部分と上部筐体背面部分との間に挟み込まれることにより、可撓性基板が延長部を介して上部筐体前面部分と電気的に接続され、アースされる。また、ホイップ型のアンテナが上部筐体に外装されている。
特開２００２−０２７０６６号公報（要約書、図１）特開２００３−１５８５６２号公報（要約書、図１）

しかしながら、上記従来の携帯無線機では、次のような問題点があった。
すなわち、特許文献１に記載された携帯無線機では、ホイップ型のアンテナ部が下部筐体におけるヒンジ部付近に外装されているため、この発明とは構成が異なっている。また、筐体に生じた高周波電流に対してインダクタンスにより負荷をかけるようになっているため、この発明とは構成が異なっている。

また、特許文献２に記載された携帯電話機では、可撓性基板が延長部を介して第１筐体部分にアースされるが、ホイップ型のアンテナが上部筐体に外装されているため、この発明とは構成が異なっている。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、アンテナがユニットに内蔵されている場合の特性（指向性）を、外観のデザインを損なわずに向上させた携帯無線機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、導電性の素材を含んで構成された第１の筐体を有し、第１の前面に表示部を備える第１のユニットと、非導電性の素材を含んで構成された第２の筐体を有し、第２の前面に操作部を備える第２のユニットとを備え、前記第１のユニットと前記第２のユニットとを、前記第１及び第２の前面同士が向かい合う態様で、折り畳み可能に連結するヒンジ部と、前記第１の筐体の内部に設けられている第１の回路基板と、前記第２の筐体の内部に設けられ、前記ヒンジ部の近傍に配置されたフレキシブルケーブルを介して前記第１の回路基板と接続されている第２の回路基板と、前記第２の筐体の内部に、かつ、前記ヒンジ部の近傍に設けられているアンテナとを備えてなる携帯無線機に係り、前記フレキシブルケーブルの近傍で前記第１の回路基板のグラウンド部が、導電性ネジ、導電性ガスケット、金具、又は金属製バネを介して、前記第１の筐体の前記導電性の素材で構成された部位に電気的に接続されて、前記アンテナから放射される電波によって前記第１の回路基板の前記グラウンド部に電流が誘導されることを防止し、かつ、前記第１の筐体は、前記ヒンジ部から離れた部位が非導電性の素材で構成されていることを特徴としている。

また、この発明の第２の構成は、導電性の素材を含んで構成された第１の筐体を有し、第１の前面に表示部を備える第１のユニットと、非導電性の素材を含んで構成された第２の筐体を有し、第２の前面に操作部を備える第２のユニットとを備え、前記第１のユニットと前記第２のユニットとを、前記第１及び第２の前面同士が向かい合う態様で、折り畳み可能に連結するヒンジ部と、前記第１の筐体の内部に設けられている第１の回路基板と、前記第２の筐体の内部に設けられ、前記ヒンジ部の近傍に配置されたフレキシブルケーブルを介して前記第１の回路基板と接続されている第２の回路基板と、前記第２の筐体の内部に、かつ、前記ヒンジ部の近傍に設けられているアンテナとを備えてなる携帯無線機の外観美を損なわずに前記アンテナの指向性を改善する方法に係り、前記フレキシブルケーブルの近傍で前記第１の回路基板のグラウンド部を、導電性ネジ、導電性ガスケット、金具、又は金属製バネを介して、前記第１の筐体の前記導電性の素材で構成された部位に電気的に接続して、前記アンテナから放射される電波によって前記第１の回路基板の前記グラウンド部に電流が誘導されることを防止し、かつ、前記第１の筐体の、前記ヒンジ部から離れた部位を非導電性の素材で構成することを特徴としている。

この発明の構成によれば、信号ケーブルの近傍で第１の回路基板のグラウンド部が第１の筐体の導電性の素材で構成された部位にに電気的に接続されているので、接続しない場合とは異なる電流の流れが形成される。このため、アンテナの指向性が変化して指向性が向上し、良質な通信特性を得ることができる。また、特に突出部などを設ける必要もないため、携帯無線機の外観のデザインを損ねることなく、アンテナの指向性を向上させることができる。

信号ケーブルの近傍で第１の回路基板のグラウンド部が第１の筐体導電性の素材で構成された部位に電気的に接続されることにより、アンテナより放射される電波によって同第１の回路基板のグラウンド部の同信号ケーブルの近傍に電流が誘導されることが防止された携帯無線機を提供する。

図１は、この発明の一実施例である携帯無線機の内部の構成を示す図である。
この例の携帯無線機は、同図に示すように、携帯電話機であり、上部ユニット１０と、下部ユニット２０とを備えている。上部ユニット１０は、導電性の素材で構成された上部筐体１０ａを有し、第１の前面に図示しない表示部を備えている。下部ユニット２０は、非導電性の素材で構成された下部筐体２０ａを有し、第２の前面に図示しない操作部を備えている。そして、第１及び第２の前面同士が向かい合う態様で同第１のユニット１０と第２のユニット２０とがヒンジ部３０を介して折り畳み可能に構成されている。

上部筐体１０ａの内部には、上部基板１０ｂが設けられている。また、下部筐体２０ａの内部には、ヒンジ部３０の近傍に配置されたフレキシブルケーブル５０を介して上部基板１０ｂと接続された下部基板２０ｂが設けられている。下部基板２０ｂには、たとえばＲＦ回路（無線回路）２４などが設けられている。さらに、下部筐体２０ａの内部かつヒンジ部３０の近傍には、アンテナ素子２３が設けられている。アンテナ素子２３は、補助金具２３ｂで支持されている。また、上部基板１０ｂは、ネジ１０ｃ，１０ｄにより上部筐体１０ａに固定される他、特に、この実施例では、フレキシブルケーブル５０の近傍で同上部基板１０ｂのグラウンド部が、たとえば複数の導電性ネジ１０ｅを介して上部筐体１０ａに電気的に接続されている。

図２は、図１中の上部ユニット１０及び下部ユニット２０の内部の電気的構成の一例を示すブロック図である。
上部ユニット１０には、表示部（たとえば、ＬＣＤ、Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ）１１と、副操作部（たとえば、副操作キー）１２と、受話部（たとえば、スピーカ）１３と、電子撮像装置（たとえば、ＣＣＤカメラ）１４と、指紋認証装置１５と、上部ユニット１０と下部ユニット２０との相対位置（すなわち、開閉状態）を検出するためのマグネット１６と、表示部１１の表面に組み込まれたタッチパネル１７とが収容されている。そして、これらが図１中の上部基板１０ｂに接続又は載置されている。

表示部１１は、例えば、相手先の電話番号情報やアイコン情報など、諸々の情報を表示する。副操作部１２は、上部ユニット１０と下部ユニット２０とが閉状態で、表示部１１の表示内容を視認しながらこれに関連する電子メール操作、画像操作、着信操作などの操作を行うためのものである。受話部１３は、各種の情報に対応した音声を発生する。電子撮像装置１４は、自電話機の周辺の映像を取り込んで映像信号を生成する。指紋認証装置１５は、利用者の指紋を認識して画像信号を生成する。マグネット１６は、上部ユニット１０と下部ユニット２０との相対位置（すなわち、開閉状態）を検出する。タッチパネル１７は、表示部１１の表面に組み込まれ、利用者の指による操作内容を検出する。

下部ユニット２０には、主操作部（たとえば、操作キー）２１と、マイクロホン２２と、アンテナ２３と、ＲＦ回路２４と、変復調回路２５と、ベースバンド処理回路２６と、コーデック回路２７と、画像処理部２８と、認証処理部２９と、磁気センサ（たとえば、ホール素子）２Ａと、傾斜検出部２Ｃと、位置検出部２Ｄと、時計部２Ｅと、記憶部２Ｆと、報知手段２Ｇと、制御部４０とが収容されている。そして、これらが図１中の下部基板２０ｂに接続又は載置されている。

主操作部２１は、送信キー、英字／カナ／漢字／数字の変換キー、電源のオン／オフキー、カーソル操作を行うための十文字キー、及び終了キーなどから構成されている。マイクロホン２２は、利用者の音声を受けて送話を行う。アンテナ２３は、図示しない無線基地局との間で電波を送受信する。ＲＦ回路２４は、図示しない受信回路、送信回路及び周波数シンセサイザを有している。変復調回路２５は、受信電波の復調、及び送信電波の変調を行う。ベースバンド処理回路２６は、変復調回路２５から出力される復調信号より元のベースバンド信号を取り出し、コーデック回路２７へ供給する。また、ベースバンド処理回路２６は、変復調回路２５から出力される復調信号よりキャラクタデータを取り出して制御部４０へ供給する。コーデック回路２７は、ベースバンド処理回路２６から出力されるベースバンド信号をディジタル／アナログ変換して受話部１３へ供給すると共に、制御部４０の出力信号をディジタル／アナログ変換する。

画像処理部２８は、電子撮像装置１４から出力される映像信号を取り込んで所定の信号レベルに増幅し、増幅後の映像信号をアナログ／ディジタル変換すると共に画像処理（たとえば、ガンマ補正、ホワイトバランス調整など）を行う。認証処理部２９は、指紋認証装置１５から出力される画像信号を取り込んで所定の画像処理（たとえば、拡大、縮小、指紋判別点の強調など）を行い、指紋照合に用いられる特徴点の検出を行う。特徴点は、隆線（指紋紋様の凸部）のとぎれる点（端点）及び隆線が分岐する点（分岐点）であり、これらを総称して特徴点という。

磁気センサ２Ａは、上部ユニット１０と下部ユニット２０とが閉状態のとき、マグネット１６の磁界によって所定の出力信号を発生し、同縮退状態を検知する。傾斜検出部２Ｃは、携帯電話機１の傾斜の度合に応じて移動する図示しない可動子及び同可動子の移動を検出するセンサなどで構成され、携帯電話機１の傾斜を検出して傾斜情報を発生する。位置検出部２Ｄは、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System ）受信機で構成され、宇宙空間に位置する３機以上の衛星から発射された信号電波を受波して同各信号電波の伝搬速度及び伝搬時間に基づいて前記各衛星と自電話機との間の距離を計測することにより、少なくとも緯度及び経度を含む自電話機の位置を測定し、位置情報を生成する。時計部２Ｅは、計時情報（年、月、日、曜日、時刻）を発生する。記憶部２Ｆは、たとえば電話帳情報などを記憶する。報知手段２Ｇは、たとえばスピーカ、バイブレータ、発光ダイオードなどで構成され、上部ユニット１０と下部ユニット２０とが閉状態又は開状態になったことを報知する。

制御部４０は、着信・終話制御部４１と、報知制御部４２と、回線制御部４３と、傾斜判定部４４と、位置判定部４５と、時間判定部４６と、信号変換回路４７と、開閉検出部４８と、表示制御部４９とから構成され、携帯電話機１全体を制御する。着信・終話制御部４１は、上部ユニット１０と下部ユニット２０との開／閉状態に対応した着信制御動作を行う。報知制御部４２は、上部ユニット１０と下部ユニット２０との開／閉状態に対応した着信時報知動作を報知手段２Ｇを制御して行う。たとえば、上部ユニット１０と下部ユニット２０とが閉状態になったとき、報知制御部４２の制御によって報知手段２Ｇがバイブレーションのみ、発光のみ、又はバイブレーションと発光とを行う。また、上部ユニット１０と下部ユニット２０とが開状態になったとき、報知制御部４２の制御によって報知手段２Ｇが鳴音と発光とを行う。

回線制御部４３は、開閉検出部４８から開閉検出信号が発生したとき、所定の電話番号に対する発呼、又は所定のＷｅｂサーバに対する接続を前記上部ユニットの表示部１１の表示内容に応じて行う。傾斜判定部４４は、傾斜検出部２Ｃから出力される傾斜情報に基づいて携帯電話機１の傾斜状態を判別する。位置判定部４５は、位置検出部２Ｄから出力される位置情報に基づいて携帯電話機１の現在位置を判別する。時間判定部４６は、時計部２Ｅから出力される計時情報に基づいて、年、月、日、曜日及び時刻を判別する。

信号変換回路４７は、画像処理部２８から出力される映像信号を所定のフォーマット（たとえば、ＪＰＥＧ方式）に変換する。また、信号変換回路４７は、認証処理部２９から出力される特徴点の画像信号を指紋照合処理用のフォーマット（たとえば、各特徴点間の座標、紋様方向、近傍特徴点間の隆線交差数、紋様方向偏差など）に変換する。開閉出部４８は、磁気センサ２Ａの出力信号に基づいて上部ユニット１０と下部ユニット２０との開閉状態を判別し、閉状態から開状態に移行したとき、開閉検出信号を発生する。表示制御部４９は、ベースバンド処理回路２６から供給される受信データに基づいて表示部１１に表示するためのキャラクタ情報やグラフィクス情報を生成し、表示部１１に表示する。

図３は、上部基板１０ｂのグラウンド部が上部筐体１０ａに電気的に接続されていない場合のアンテナ素子２３の指向性を示す特性図、及び図４が、上部基板１０ｂのグラウンド部が上部筐体１０ａに電気的に接続されている場合のアンテナ素子２３の指向性を示す特性図である。
これらの図を参照して、この例の携帯電話機に用いられる指向性改善方法の処理内容について説明する。
この携帯電話機では、フレキシブルケーブル５０の近傍で上部基板１０ｂのグラウンド部が、複数の導電性ネジ１０ｅを介して上部筐体１０ａに電気的に接続されている。これにより、アンテナ素子２３に流れる高周波電流により放射される電波によって上部基板１０ｂのグラウンド部のフレキシブルケーブル５０の近傍に電流が誘導されることが防止され、同アンテナ素子２３の指向性が改善される。

すなわち、ＲＦ回路２４からアンテナ素子２３に高周波電圧が加えられると、同アンテナ素子２３は高周波回路として働き、同アンテナ素子２３の大きさや形状、高周波電圧の周波数などから決まる抵抗、インダクタンス、静電容量をもち、これらの回路定数で決まる波長の高周波に共振する。そして、同アンテナ素子２３から電波が放射される。アンテナ素子２３が共振状態のとき、同アンテナ素子２３の上部筐体１０ａ及びフレキシブルケーブル５０の近傍の電流分布が大きくなる。このため、上部筐体１０ａ及びフレキシブルケーブル５０の近傍に電流が集中する。

ここで、上部基板１０ｂのグラウンド部を上部筐体１０ａに電気的に接続することにより、接続しない場合とは異なる電流の流れが形成される。すなわち、フレキシブルケーブル５０の近傍と上部筐体１０ａとを電気的に接続することにより、電流の流れを変化させることができ、アンテナ素子２３の指向性を変化させ、この指向性が向上する。さらに、モーメント法による計算結果からも指向性の変化が確認される。たとえば、図３に示す指向性（上部基板１０ｂのグラウンド部が上部筐体１０ａに接続されていない場合）では、ヌル（null）点が多く、かつ深く発生しているが、図４に示す指向性（上部基板１０ｂのグラウンド部が上部筐体１０ａに電気的に接続されている場合）では、ヌル（null）点が大幅に少なく、かつ浅くなっている。

以上のように、この実施例では、フレキシブルケーブル５０の近傍と上部筐体１０ａとを電気的に接続することにより、接続しない場合とは異なる電流の流れが形成される。このため、モーメント法による計算結果にも示されるように、アンテナ素子２３の指向性が変化して指向性が向上し、良質な通信特性が得られる。また、特に突出部などを設ける必要もないため、携帯無線機の外観のデザインを損ねることなく、アンテナ素子２３の指向性が向上する。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、上記実施例では、上部基板１０ｂのグラウンド部が導電性ネジ１０ｅを介して上部筐体１０ａに電気的に接続されているが、導電性ネジ１０ｅに限らず、たとえば、導電性ガスケット、所定の金具、又は金属製バネなどを介しても良い。また、アンテナ素子２３のエレメント形状は、様々なものが考えられ、０．２５波長エレメント、Ｌ字型エレメント、ミヤンダエレメント、ヘリカル形状、板金エレメントなどがある。また、補助金具２３ｂについても、様々なエレメント形状が考えられ、同補助金具２３ｂがなくても、上記実施例とほぼ同様の作用、効果が得られる。また、上記実施例では、上部筐体１０ａが導電性の素材で構成され、下部筐体２０ａが非導電性の素材で構成されているが、上部筐体１０ａのうちのヒンジ部３０から離れた部位が非導電性の素材で構成されていても良く、また、下部筐体２０ａのうちのヒンジ部３０から離れた部位が導電性の素材で構成されていても良い。

この発明は、折り畳み式の構造をもち、かつアンテナがユニットの内部に設けられている携帯電話機などの携帯無線機全般に適用できる。

この発明の一実施例である携帯無線機の内部の構成を示す図である。図１中の上部ユニット１０及び下部ユニット２０の内部の電気的構成の一例を示すブロック図である。上部基板１０ａのグラウンド部が上部筐体１０ａに電気的接続されていない場合のアンテナ素子２３の指向性を示す特性図である。上部基板１０ａのグラウンド部が上部筐体１０ａに電気的に接続されている場合のアンテナ素子２３の指向性を示す特性図である。

符号の説明

１０上部ユニット（第１のユニット）
１０ａ上部筐体
１０ｂ上部基板（第１の回路基板）
１０ｅ導電性ネジ
２０下部ユニット（第２のユニット）
２０ａ下部筐体
２０ｂ下部基板（第２の回路基板）
２３アンテナ素子（アンテナ）
２３ｂ補助金具
２４ＲＦ回路
３０ヒンジ部
５０フレキシブルケーブル（信号ケーブル）

Claims

導電性の素材を含んで構成された第１の筐体を有し、第１の前面に表示部を備える第１のユニットと、
非導電性の素材を含んで構成された第２の筐体を有し、第２の前面に操作部を備える第２のユニットとを備え、
前記第１のユニットと前記第２のユニットとを、前記第１及び第２の前面同士が向かい合う態様で、折り畳み可能に連結するヒンジ部と、
前記第１の筐体の内部に設けられている第１の回路基板と、
前記第２の筐体の内部に設けられ、前記ヒンジ部の近傍に配置されたフレキシブルケーブルを介して前記第１の回路基板と接続されている第２の回路基板と、
前記第２の筐体の内部に、かつ、前記ヒンジ部の近傍に設けられているアンテナとを備えてなる携帯無線機であって、
前記フレキシブルケーブルの近傍で前記第１の回路基板のグラウンド部が、導電性ネジ、導電性ガスケット、金具、又は金属製バネを介して、前記第１の筐体の前記導電性の素材で構成された部位に電気的に接続されて、前記アンテナから放射される電波によって前記第１の回路基板の前記グラウンド部に電流が誘導されることを防止し、かつ、前記第１の筐体は、前記ヒンジ部から離れた部位が非導電性の素材で構成されていることを特徴とする携帯無線機。
導電性の素材を含んで構成された第１の筐体を有し、第１の前面に表示部を備える第１のユニットと、
非導電性の素材を含んで構成された第２の筐体を有し、第２の前面に操作部を備える第２のユニットとを備え、
前記第１のユニットと前記第２のユニットとを、前記第１及び第２の前面同士が向かい合う態様で、折り畳み可能に連結するヒンジ部と、
前記第１の筐体の内部に設けられている第１の回路基板と、
前記第２の筐体の内部に設けられ、前記ヒンジ部の近傍に配置されたフレキシブルケーブルを介して前記第１の回路基板と接続されている第２の回路基板と、
前記第２の筐体の内部に、かつ、前記ヒンジ部の近傍に設けられているアンテナとを備えてなる携帯無線機の外観美を損なわずに前記アンテナの指向性を改善する方法であって、
前記フレキシブルケーブルの近傍で前記第１の回路基板のグラウンド部を、導電性ネジ、導電性ガスケット、金具、又は金属製バネを介して、前記第１の筐体の前記導電性の素材で構成された部位に電気的に接続して、前記アンテナから放射される電波によって前記第１の回路基板の前記グラウンド部に電流が誘導されることを防止し、かつ、前記第１の筐体の、前記ヒンジ部から離れた部位を非導電性の素材で構成することを特徴とする指向性改善方法。