JP4772608B2

JP4772608B2 - 無線端末装置

Info

Publication number: JP4772608B2
Application number: JP2006190523A
Authority: JP
Inventors: 秀之早乙女; 泰弘西岡; 昌孝大塚; 徹深沢; 智宏高橋; 賢一郎児玉; 貴征小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008022139A

Description

この発明は、二つ以上の複数の地導体と、これら地導体間をそれぞれ接続する接続導体を有する無線端末装置に関するもので、特に携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)等の携帯の移動体通信端末に関するものである。

図１(a)に無線端末装置の一種である、二つの筐体２、３を有するスライド式構造の携帯電話機１の一例を模式的な斜視図により示す。また、図1(b)、図1(c)は図１(a)から筐体２、３を取り外した内部の概略側断面図と正面図である。
この携帯電話機1はスライド式構造であり、筐体２が筐体３に対して略平行にスライドして移動するものであり、これらの各筐体２、３にはそれぞれ図１(b)に示す回路基板４、５が内蔵されていて、回路基板４もしくは回路基板５のどちらか一方、この実施の形態では回路基板５に放射素子６と給電部７が構成されている。
また、回路基板４と回路基板５とは、信号伝送導体群８を介して接続されている。
この信号伝送導体群８の断面図を図1(d)に示す。

放射素子６と回路基板５の導体部との間に給電部７により電圧を印加することによって回路基板４、５の導体部には高周波電流が誘起される。この誘起された高周波電流により回路基板の導体部から電磁界が放射される。一般に携帯電話のような移動体無線端末装置では、このように回路基板の導体部からの放射を利用し、放射素子と回路基板を含めてアンテナとし、最適な利得を得るような手法が用いられる。

回路基板の導体からの放射を良好とさせるために、図６で示している特開２００４−４０５２４号公報に記載のように二つの回路基板を共振回路のインピーダンスによって変化させ、利得が良好となるようにする手法がある。

特開２００４−４０５２４号公報

特開２００４−４０５２４号公報に記載の方法は、二つの回路基板間で電気信号を送受信するための信号伝送導体群そのものに適当な電気回路を装荷し、アンテナ特性が良好となるよう、言いかえれば各回路基板に流れる電流分布（振幅、位相）が最適となるように、その電気回路の特性を決定する方法である。しかしながら、これに類する方法は、前記信号伝送導体群を伝送する制御信号の信号波形を歪ませたり、アンテナから放射される電磁波と前記回路基板に構成される電気・電子回路との分離度（アイソレーション）を低下させ、表示画面への質を悪くしたり、通信電波の受信感度を劣化させる場合がしばしばある。従って、信号伝送導体群そのものに装荷する電気回路の特性を、必ずしもアンテナ特性が良好となるように選定できないという問題がある。また、信号伝送導体群を構成する導体すべてに電気回路を装荷する必要がある場合には、比較的広い回路実装面積が必要になり、端末装置が大型化してしまうという問題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。

この発明に係る無線端末装置は、板状に形成された複数の地導体と、前記複数の地導体間をそれぞれ接続する接続導体と、前記複数の地導体の少なくとも一つの地導体の近傍に配置され、電磁放射機能を有する放射導体と、前記地導体と前記放射導体との間に電圧を印加できる回路とを備えた無線端末装置において、
平板状に形成され、この平板の板面が板状に形成された前記複数の地導体の何れかの板面と対面するよう近接して配設され、平板の端部が前記地導体と平行して配設された他の地導体に接続されて前記接続導体を兼用する結合導体を備える。

この発明に係る無線端末装置によれば、複数の回路基板の地導体間の電気信号送受のために設けられている接続導体に近接して結合導体を設けることによって、機構設計やデザイン設計からほぼ決定してしまう地導体間の結合インピーダンスを制御することが可能となる。即ち接続導体とこれに近接する結合導体の電磁結合を利用し、インピーダンスの最適化を行い動作周波数の広帯域化を実現できる。また、結合導体の配置方法は地導体を保持する筐体に貼り付けるなど、構造が比較的簡単で、結合導体の追加における無線端末装置全体の寸法変化を必要としない利点を有する。

実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１に係る無線端末装置について図１〜図３を用いて説明する。

実施の形態１に係る無線端末装置はスライド式の携帯電話機であり、図１(a)に示されるように、この携帯電話機１は筐体２、３を有し、筐体２は筐体３に対して略平行にスライドして移動可能であり、その移動量をスライド量Lsと定義する。また、これら筐体２，３を取り除いたときの概略側断面図を図１(b)に、正面図を図１(c)に示す。

筐体２に内蔵される回路基板４と筐体３に内蔵される回路基板５とは、信号伝送導体群８を介して接続されている。信号伝送導体群８の断面の一例を図１(d)に示す。信号伝送導体群８は、複数の細い導体8aと、この細導体8aの両側に設けられた比較的幅の広い導体８bおよび８cから成り、電気信号は幅広導体８bと８cの間の領域を伝送する。幅広導体８bおよび８cは回路基板４および５の基準電位を有する導体部（グランド）に接続されている。通常、複数の細導体８aのうち数本は、幅広導体８bあるいは８cに接続されているが、必ずしも幅広導体８bと８cが必要というわけではない。一般的ではないが、幅広導体８bあるいは８cのどちらか一方あるいは両方が存在しなく、細導体8aのみの場合も考えられる。信号伝送導体群８は、筐体２の移動に応じて、柔軟に変形しなければならないので、フレキシブルプリント基板（FPC）や複数の細いフレキシブル同軸線路で構成されるのが一般的である。

また、回路基板４、５には液晶画面などの表示手段、スピーカー、マイク、入力キー、カメラ、カメラ制御回路、端末操作回路やスピーカー動作回路、非接触ICカード、放射素子、基地局と通信するための送受信回路、通信動作などを制御するための制御回路が分散して設けられている。信号伝送導体群８は、回路基板４に実装された回路と回路基板５に実装された回路との間の電気信号送受のために設けられている。

放射素子６は１つ以上の導体から成るもので、所望の周波数付近で共振する内蔵型の放射素子や突起タイプの放射素子（ホイップアンテナ）など様々な構成があり、通信に使用する周波数帯域で良好に動作すれば任意の構成でよい。

図１(b)および図３(a)に示される結合導体９は信号伝送導体群８に近接して設けられることによって、放射素子６と回路基板５の結合、放射素子６と回路基板４の結合および回路基板５と回路基板４の結合の全てを考慮した結合インピーダンスZの最適化を実施する。

次に、この発明の手段である結合導体９を用いなかった場合の動作と特性を説明する。図２(a)に示す給電点７に給電すると、放射素子６と回路基板５の導体部に電流が流れる。回路基板５の導体部に流入した電流の一部は信号伝送導体群８に流入し、さらにその電流は回路基板４の導体部に流入する。また、放射素子６と回路基板４が近接している場合には、放射素子６上の電荷移動に共なって回路基板４に電荷移動、即ち電流が流れる。また、回路基板５と回路基板４とが近接している場合には、これらの間に電磁結合が生じる。これらの結合をすべて考慮した等価インピーダンスをZとすると、図２(a)の構造は電気的に図２(b)のように表すことができる。前記等価インピーダンスZの値は、信号伝送導体群８の位置と形状、回路基板５と回路基板４との間隔、回路基板５と回路基板４とが投影的に重なる部分の面積など、様々な要因によって変化する。従って、給電点７からみたアンテナインピーダンスは、前記要因によって変化すると考えられる。

図７は、図１(b)に示すスライド量Lsと、VSWR(Voltage Standing Wave Raito)・周波数特性との関係を示している。Loは任意の長さを表しており、ここではLo=60mmとしている。このように、スライド量Lsの値を適切に選定することで、アンテナの動作帯域を広げることが可能である。同様に、信号伝送導体群８の形状（長さ、幅など）を適当に選定することによっても、アンテナの動作帯域を広げることが可能である。

しかし、信号伝送導体群８の形状（長さ、幅）は収納性、耐久性など機構設計の観点からほぼ決定され、電気設計者が良好な特性を得られるようにそれらを決定することは困難である。また、スライド量Lsは、ユーザーの利便性などの商品企画や、外観の観点からほぼ決定されるのであって、電気設計者がスライド量Lsを任意に選定することは困難である。

この発明は、図１(b)および図３(a)に示すように、結合導体９を信号伝送導体群８に近接して設けることによって、結合インピーダンスZの最適化を実施するものである。

信号伝送導体群８に電流が流れるということは、信号伝送導体群８に電荷移動が生じていることに他ならない。信号伝送導体群８と結合導体９とが波長に比べて十分小さい距離を隔てて配置されている場合、信号伝送導体群８の電荷のクーロン引力によって、結合導体９上に反対符号の電荷が移動していく。即ち、結合導体９に電流が誘起され、信号伝送導体群８と結合導体９とはインピーダンスZ'で結合される。結局、回路基板５と回路基板４との元々の結合インピーダンスZは、結合導体９を設けることによって、図３(b)と図３(c)のように表され、定式化すると次の式１

を満たすインピーダンスZ"に変化する。したがって、インピーダンスZ'、即ち結合導体９の形状や信号伝送導体群８と結合導体９との間隔、両導体間の誘電率などを調整することによって、インピーダンスZ"を最適な値にすることができる。

また、結合導体９と回路基板４との接続手段としては、板金バネやスプリングコネクタなどの可動性部品を介すか、もしくは半田付けなどで直接接続する方法が用いられる。

さらに、結合導体９の設置方法としては、筐体２に任意の媒体で貼り付けたり、メッキもしくは筐体内部にモールドして構成する等して筐体２に取り付ける。この結合導体９はフレキシブルプリント基板や板金、リジット基板などの非常に薄い材料で構成することが可能なので、結合導体９を追加しても無線端末装置全体の容積はほとんど大きくならない利点を有している。結合導体９を筐体２に貼り付ける場合は、筐体２の内面、外面の二通りが考えられるが、いずれか一方もしくは両面に設置すればよい。

図８では、結合導体９の形状例を示す。結合導体９の形状としては図8(a)のような円形状のものや、図８(b)のような平面方形状のもの、また図８(c)のようなメアンダ状のものが挙げられる。また、図8(b)から結合導体９の動作を説明すると、結合導体９の長さをＬ_ＯＳとした場合，オープンスタブのインピーダンスＺ_ＯＳは次の式２で表される．

ここでＺ_{０_ＯＳ}は，結合導体９の導体の幅Ｗ_ＯＳ，図8(b)の１２に示す信号伝送導体群８と結合導体９の間隔および導体間の比誘電率ε_ｒによって決定される伝送線路の特性インピーダンスであり，λは使用周波数に対する実効波長である．

したがって，結合導体９の長さＬ_ＯＳが、次の式３

を満足するとき，この伝送線路は容量性インピーダンスとなる。また、結合導体９の長さが式（３）を満足しない場合には、誘導性インピーダンスとなるので、結合導体９の長さを選択することで、自由なインピーダンスを選択可能となる。

また、図９は、この発明の構造を適用したときの効果を示すものであり、破線が図１(b)において結合導体９を設けなかった場合、実線が導体９を設けたときのVSWRの周波数特性である。ここで、スライド量Lsは両者ともにLs=0.66Loとしており、結合導体９の形状は図８(c)としている。図９から両者を比較した場合、VSWR＜３における比帯域は結合導体９を設けない破線の場合が６%なのに対して、結合導体９を設けた実線での場合は１３%とアンテナの動作帯域が広がる。従って、この発明を実施すれば、スライド量Ls、信号伝送導体群８の形状などが任意に選択できない場合でも、アンテナの動作周波数帯域幅を広げることが可能となる。
なお、Loは任意の長さであり、ここではLo=60mmとしている。

以上のように、回路基板５と回路基板４との間の電気信号送受のために設けられている信号伝送導体群８に結合導体９を近接して設けることによって、機構設計やデザイン設計からほぼ決定してしまう図２(b)に示す元々の結合インピーダンスZを制御することが可能となる。その手法としては、信号伝送導体群８とこれに近接する結合導体９の電磁結合を利用し、インピーダンスZ"の最適化を行い動作周波数の広帯域化を実現できる。また、結合導体９の配置方法は筐体２に貼り付ける方法など、構造が比較的簡単で、結合導体９の追加における無線端末装置全体の寸法変化を必要としない利点を有する。

実施の形態２．
ここでは、図１の無線端末装置における結合導体９を筐体３側に設けた場合の実施例を示す。図４は、この発明の実施の形態２に係る無線端末装置を示す概略側断面図である。

以下にこの実施の形態２における動作説明をする。この実施の形態２では、結合導体９を筐体３側に設けた以外の構成は実施の形態１と同様であるため、図４に示している構造部分には実施の形態１と同一部分には同一符号をつけ、またこれらの構造部分の重複説明は省略する。

ここで、実施の形態１で示したように、結合導体９を設ける前の回路基板５と回路基板４との元々のインピーダンスは図２(b)のように等価インピーダンスZと表すことができる。

また、信号伝送線路８には電流が流れているので、信号伝送導体群８には電荷移動が生じている。このとき、結合導体９を筐体３側に配置しても、信号伝送導体群８と筐体３側に設けた結合導体９との距離が波長に比べて十分に小さい距離を隔てて配置されていれば、信号伝送導体群８の電荷のクーロン引力によって、結合導体９上に反対符号の電荷が移動していく。すなわち、信号伝送導体群８と結合導体９とはインピーダンスZ'で結合される。結局、回路基板５と回路基板４との元々のインピーダンスZは、結合導体９を筐体３側に設けることでも、次の式４

を満たすインピーダンスZ"に変化する。つまり、実施の形態１と同様の動作となるので、結合導体９の形状や信号伝送導体群８と結合導体９との間隔、両導体間の誘電率を調整することによって、Z"を最適な値にすることができる。

ここで、結合導体９と回路基板５との接続手段、結合導体９の筐体３への設置方法、結合導体９の形状については、実施の形態１と同様であり説明を省略する。

以上のように、結合導体９が構造的な制約条件やデザイン要求などにより筐体２に設けることができない場合や、結合導体９を筐体２に設けるよりも筐体３に設けた方がアンテナの動作周波数帯域幅が広がる場合にこの実施の形態２は有効となる。

実施の形態３．
ここでは、図１の無線端末装置における回路基板５と回路基板４との間に電気信号送受を行うために設けられている信号伝送導体群８が無線による伝送や、この信号伝送導体群８に代わる新たな電気信号送受信の方法により、この信号伝送導体群８が物理的に存在しない場合の実施例を示す。図５は、この発明の実施の形態３に係る無線端末装置の構成を示す概略側断面図である。

以下に、実施の形態３を説明する。図５(a)および図5(b)に示す給電点７に給電すると、放射素子６と回路基板５の導体部に電流が流れる。また、放射素子６と回路基板４が近接している場合には、放射素子６上の電荷移動に共なって回路基板４に電荷移動、即ち電流が生じるまた、回路基板４と回路基板５とが近接している場合には、これらの間に電磁結合が生じる。これらの結合をすべて考慮した等価インピーダンスはZのように表すことができる。つまり、回路基板４と回路基板５に電流が流れるということは、電荷移動が生じていることに他ならないので、図５(a)、図５(b)に示すように、回路基板４もしくは回路基板５と結合導体９とが波長に比べて十分に小さい距離を隔てて配置されている場合、回路基板４もしくは回路基板５の電荷のクーロン引力によって、結合導体９上に反対符号の電荷が移動し、結合導体９に電流が誘起され、回路基板４もしくは回路基板５とはインピーダンスZ'で結合される。結局、回路基板４と回路基板５との元々の結合インピーダンスZは結合導体９を設けることによって、次の式５のように

と実施の形態１と同様の式で表すことができる。したがって、インピーダンスZ'、即ち結合導体９の形状や回路基板４もしくは回路基板５と結合導体９との間隔、両導体間の誘電率を調整することによって、インピーダンスZ"を最適な値にすることができる。

また、結合導体９と回路基板の接続は、図5(a)では回路基板5に接続、図5(b)では回路基板４に接続しているが、その接続手段や、結合導体９の筐体２もしくは筐体３への設置方法、結合導体９の形状については、実施の形態１と同様であり説明は省略する。

以上のように、図１(b)で示す信号伝送導体群８が物理的に存在しない場合においても、回路基板４もしくは回路基板５とこれに近接する結合導体９の電磁結合を利用して、インピーダンスZ"の最適化を行い、動作周波数の広帯域化を実現できる。また、結合導体９の配置方法は筐体２もしくは筐体３に貼り付ける方法など、構造が比較的簡単で、無線端末装置全体の寸法変化を必要としない利点を有する。

実施の形態４．
ここでは、図１の結合導体９と回路基板４もしくは回路基板５への接続に電気回路を設けた場合の実施例を示す。図１０(a)はこの実施の形態４に係る構成の主要部を示す断面図であり、図１０(a)は結合導体９が回路基板４に接続するときの一例である。

図１０(a)において、結合導体９は電気回路１３を介して、回路基板４に接続されている。この電気回路１３には、図１０(b) に示すように可変容量素子（バラクタダイオード、MEMS可変キャパシタ）と、フィルタ機能を持つ回路（LPF、HPF、BPF、BRF）などが設けられ、または図１０(c)に示すように多切替可能スイッチ（MEMSスイッチやRF用スイッチ）と、フィルタ機能を持つ回路（LPF、HPF、BPF、BRF）などが設けられる。

電気回路１３を設けることで、周波数や無線端末装置の開け閉めに対するインピーダンスZ'の切り替えが可能となるので、周波数や無線端末装置の使用状態に応じたインピーダンスZ'の調整が可能となる。

以上のように、結合導体９が電気回路１３を介して、回路基板４もしくは回路基板５に接続されることで、周波数や無線端末装置の使用状態など様々な状態に応じてインピーダンスZ"が最適となるように調整することが可能となる。

この発明は、無線端末装置、特に携帯電話やPDA等の携帯の移動体通信端末に適用されることで、結合導体の追加によるこれら装置全体の寸法変化を必要とせずに動作周波数の広帯域化が実現できる。

携帯電話機の一例を示す模式的な斜視図、その内部の概略側断面図と正面図および信号伝送導体群の断面図である。従来の携帯電話機内部の概略側断面図とその等価変換図であるこの発明の実施の形態１の携帯電話機内部の概略側断面図とその１次等価変換図および２次等価変換図であるこの発明の実施の形態２に係る無線端末装置内部の概略側断面図である。この発明の実施の形態３に係る無線端末装置内部の概略側断面図と他の実施例の内部概略側断面図である。従来の二つ折り携帯電話機部の概略正面図である。従来の携帯電話機のスライド量Lsと、VSWR・周波数特性との関係図である。結合導体の形状例数種類の正面図とその概略側断面図である。従来の携帯電話機と、この発明による携帯電話機のVSWR・周波数特性図である。この発明の実施の形態４に係る主要部の概略構成断面図と、その異なる２種類の電気回路図である。

符号の説明

１；携帯電話機、２、３；筐体、４、５；回路基板、６；放射素子、７；給電点、８；信号伝送導体群、8a；細導体、８b、８c；幅広導体、９；結合導体、１３；電気回路。

Claims

板状に形成された複数の地導体と、前記複数の地導体間をそれぞれ接続する接続導体と、前記複数の地導体の少なくとも一つの地導体の近傍に配置され、電磁放射機能を有する放射導体と、前記地導体と前記放射導体との間に電圧を印加できる回路とを備えた無線端末装置において、
平板状に形成され、この平板の板面が板状に形成された前記複数の地導体の何れかの板面と対面するよう近接して配設され、平板の端部が前記地導体と平行して配設された他の地導体に接続されて前記接続導体を兼用する結合導体を備えたことを特徴とする無線端末装置。
前記結合導体は、前記地導体に可動性部品を介して接続されたことを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記結合導体は薄い材料で構成されたことを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記結合導体は、前記地導体を保持する筐体に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記結合導体は、前記地導体に結合導体のインピーダンスが調整可能な電気回路を介して接続されることを特徴とする請求項１から４の何れか一に記載の無線端末装置。