JP4795368B2

JP4795368B2 - 通信端末装置

Info

Publication number: JP4795368B2
Application number: JP2007557795A
Authority: JP
Inventors: 弘准菊地; 健一佐藤; 伸明田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: US20100149045A1; JPWO2007091452A1; WO2007091452A1; CN101385192A; US8044867B2

Description

本発明は、通話時の利得の向上、ＳＡＲ(Specific Absorption Ratio)の低減、及びアンテナの広帯域化とともに、小型化、薄型化を図ることができる通信端末装置に関するものである。

近年、携帯電話機などの通信端末装置では、小型・薄型・軽量化などのため、アンテナを内蔵することが多い。その結果、通話時に筐体が人体頭部に近接するため、アンテナから放射される電磁波が人体頭部に吸収され、通話時のアンテナ利得が劣化し、かつ、アンテナ及びアンテナ給電部の人体頭部への近接により、ＳＡＲ特性が劣化するという問題があった。

そこで、例えば図１２に示すようなチップアンテナ１０１を内蔵した通信端末装置１０２において、この通信端末装置１０２の筐体を把持する人体側とは反対側へ指向性を強めることができ、携帯電話機などの通信端末装置１０２が放射する電磁波が、その人体へ与える影響を抑制できるものが知られている(例えば、特許文献１参照)。なお、同図中、符号１０３はグランドを示す。

また、アンテナの広帯域化を図るため、地線を追加した構成のものも知られている。即ち、このような構成の通信端末装置として、例えば図１３に示すように、逆Ｆアンテナ２０１の外側に平行に地線２０２を屈曲して配置し、屈曲した逆Ｆアンテナ２０１の内側に平行に地線２０３を屈曲して配置することで、各素子を屈曲して小型化しても広帯域な周波数特性を有することができるものも知られている（特許文献２参照）。なお、同図中、符号２０４は給電点Ａにて接続する短絡導体を介して逆Ｆアンテナ２０１が接続されたグランドプレーンを示す。

さらに、上記以外の別のタイプの通信端末装置として、例えば図１４に示すように、無給電素子３０１を付加し、指向性制御を行うことで放射効率の向上、人体への電波吸収の低減を行うことができるものも知られている。
特開２００１−７７６１１公報（第５頁、図１）特開２０００−２６１２４３公報（第７頁、図１（a））特開２００２−２２３１０７公報（第６頁、図１）

ところが、特許文献1に記載のものは、チップアンテナを内蔵化することによるアンテナの狭帯域化、及びアンテナの指向性を制御するために導波器を追加しなければならないという問題があった。

また、特許文献２に記載のようなアンテナの広帯域化を図るため、地線を追加する手段が取られているものは、地線の形状によっては、アンテナ電流が集中しさらにＳＡＲが劣化するという問題があった。

また、特許文献３に記載のような構成のものでは、アンテナの指向性を制御するために無給電素子を付加すると、コストの増加や筐体内のスペースを有効利用できないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＳＡＲを低減できるとともに、アンテナの広帯域化を図ることができ、しかも、小型で薄型化が可能な通信端末装置を提供することを目的とする。

本発明の通信端末装置は、筐体内に設けた基板と、前記基板に設けた給電部と、一端を前記給電部と電気的に接続して給電する多周波共用の複数の素子を有するモノポールアンテナと、前記基板の無線グランドに電気的に接続する地線とを有し、前記モノポールアンテナは、前記基板面と垂直に、かつ、人体から離れる、反対側へ向かうように前記筐体の背面方向に向けて配置する構成を有している。この構成により、人体頭部に吸収される電磁波が減るので通話時のアンテナ利得を向上させることができ、かつ、電流のピーク点が体から遠ざかるので通話時のＳＡＲを低減できる。また、地線を追加することで、アンテナの広帯域化が図れ、ＳＡＲ特性もさらに低減できる。

また、本発明の通信端末装置は、筐体内に設けた基板と、前記基板に設けた給電部と、一端を前記給電部と電気的に接続して給電する多周波共用の複数の素子を有するモノポールアンテナと、前記基板の無線グランドに電気的に接続する地線とを有し、前記モノポールアンテナの開放端は、人体から遠い筐体背面方向の位置に形成し、かつ、前記複数の素子を有するモノポールアンテナのうち特定の第一の周波数で共振するアンテナ素子は、前記人体側に形成し、前記第１の周波数とは異なる第二の周波数及び第三の周波数以上の周波数で共振するアンテナ素子は、前記第一周波数で共振するアンテナ素子より前記人体から遠い位置に配置する構成を有している。この構成により、人体頭部に吸収される電磁波が減るので通話時のアンテナ利得を向上させることができ、かつ、電流のピーク点が体から遠ざかるので通話時のＳＡＲを低減することができる。また、地線を追加することで、アンテナの広帯域化が図れ、ＳＡＲ特性もさらに低減できる。さらには、第二の周波数及び第三の周波数以上の周波数で共振するアンテナ素子は、前記第一周波数で共振するアンテナ素子より前記人体から遠い位置に配置するので、電流のピーク点が体から遠ざかり、通話時のＳＡＲを低減することができる。

また、本発明の通信端末装置は、筐体内に設けた基板と、前記基板に設けた給電部と、一端を前記給電部と電気的に接続して給電する多周波共用の複数の素子を有するモノポールアンテナと、前記基板の無線グランドに電気的に接続する地線とを有し、前記モノポールアンテナは、板状または線状の素子からなり、かつ、板金、フレキシブル基板またはプリント基板により形成されている構成を有している。この構成により、地線を有することで、アンテナの広帯域化が図れ、ＳＡＲ特性も低減できる。さらに、モノポールアンテナは、板状または線状の素子からなり、板金、フレキシブル基板またはプリント基板により形成するので、様々な形状を構成し容易に内蔵化することができる。

また、本発明の通信端末装置は、筐体内に設けた基板と、前記基板に設けた給電部と、一端を前記給電部と電気的に接続して給電する多周波共用の複数の素子を有するモノポールアンテナと、前記基板の無線グランドに電気的に接続する地線とを有し、前記地線は板状のものであり、前記地線の周囲長は使用周波数の約（１／２）λであり、かつ、前記地線の前記基板幅方向に沿った方向の長さは約（１／８）λ以下である構成を有している。この構成により、周囲長が約（１／２）λ長の地線によりアンテナの広帯域化が図れ、ＳＡＲ特性も低減することができる。

本発明によれば、通話時のアンテナ利得を向上し、電磁波による人体への影響であるＳＡＲを低減することができ、かつ、アンテナの広帯域化が図れるという効果を有し、小型で薄型であるという特徴を有する通信端末装置を提供できる。また、本発明によれば、筐体内の給電点付近に地線を追加することでアンテナの広帯域化を図り、給電点付近に集中する電流のピークを分散させることができ、しかも地線を板状にすることでさらに電流のピークを分散させＳＡＲを低減することができるという効果を有する通信端末装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態に係る通信端末装置について、添付図面を用いて説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態に係る通信端末装置１を示すものであり、この通信端末装置１は、複数の素子を有するモノポールアンテナ１１と、給電部１２を有する基板１３と、一端を給電部１２と電気的に接続して給電される地線１４などを、この通信端末装置１の筐体１０内部に備えている。

本実施形態のモノポールアンテナ１１には、２素子モノポールアンテナを用いており、例えばアンテナ素子として、単独に板金１１１（図３（Ａ））で形成したり、フレキシブル基板１１２（図３（Ｂ））の一部に形成したり、プリント基板１１３（図３（Ｃ））の一部に形成する構成となっている。また、このアンテナ素子を板金で形成する場合には、図４に示すように、板状の板金１１１Ａ（図４（Ａ））または線状の板金１１１Ｂ（図４（Ｂ））などから構成するようになっている。なお、このアンテナ素子には、図２に示すように、１つの給電部１２からこの一端へ給電する構成となっている。

次に、アンテナ素子の配置や構成によって得られる効果について説明する。
（ｉ）まず、はじめに１素子のモノポールアンテナの場合について説明する。
図５（Ａ）の１素子モノポールアンテナ１１は、筐体１０の上面１０Ａ（図１参照）から、この通信端末装置１の筐体１０を手で把持している人体（使用者）とは反対側である筐体１０の背面１０Ｂ方向（＋Ｘ方向）に向けて、背面１０Ｂ（図１参照）から垂直方向（＋Ｘ方向）に突出させた状態で配置されており、基板１３の給電部１２に電気的に接続されている。
一方、比較例として示す図５（Ｂ）の１素子モノポールアンテナ１１は、筐体１０の上面１０Ａにおいて、筐体１０の上面１０Ａから直上方向（＋Ｚ方向）に真っ直ぐに伸びるように配置されており、基板１３の給電部１２に電気的に接続されている。

この（ｉ）１素子のモノポールアンテナのとき、同図（Ａ）、（Ｂ）の何れの場合にも、１素子モノポールアンテナ１１は、筐体１０内に収まるように形成されているが、それぞれの放射パターンについて、図６に示す。
即ち、図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示すような１素子モノポールアンテナ１１を筐体１０の背面方向（＋Ｘ方向）に形成した時の１８００ＭＨｚの放射パターン図であり、Ｘ−Ｙ面の主偏波成分αと交差偏波成分βを示している。一方、図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示すような構成の１素子モノポールアンテナ１１を筐体１０の直上方向（＋Ｚ方向）に形成したときの１８００ＭＨｚの放射パターン図であり、Ｘ−Ｙ面の主偏波成分αと交差偏波成分βを示している。

図６（Ａ）と（Ｂ）の主偏波成分を比較すると、図６（Ａ）の主偏波成分は−０．５ｄＢ程度であるのに対して、図６（Ｂ）の主偏波成分のＦ／Ｂ比（Front to back ratio）は０ｄＢ程度となっており、アンテナ素子の配置による放射パターンの変化はほぼない。

（ｉｉ）続いて、２素子モノポールアンテナの場合について説明する。
図７（Ａ）の２素子モノポールアンテナは、筐体１０の上面１０Ａから垂直方向に向けて、つまり、この通信端末装置１の筐体１０を手で把持している人体（使用者）が対向する正面方向（−Ｘ方向）から離れる反対側である背面１０Ｂ方向（＋Ｘ方向）に向けて、突出させた状態で配置されており、基板１３の給電部１２に電気的に接続されている。一方、比較例として示す図７（Ｂ）の２素子モノポールアンテナ１１は、筐体１０の上面１０Ａ（図１参照）において、筐体１０の上面１０Ａから直上方向に伸びるように配置されており、基板１３の給電部１２に電気的に接続されている。

このとき、同図（Ａ）、（Ｂ）の何れの場合にも、２素子モノポールアンテナ１１は筐体１０内に収まるように形成されている。また、２素子のうち９００ＭＨｚ帯で共振するアンテナ素子１１Ａは、１８００ＭＨｚで共振するアンテナ素子１１Ｂに比べて人体（使用者）に近い位置に形成している。つまり、筐体１０の幅方向（±Ｙ方向）に収まらない部分を筐体１０の背面１０Ｂの方向（＋Ｘ方向）に折り返し、１８００ＭＨｚ帯で共振するアンテナ素子１１Ｂを、人体（使用者）から遠くなるように筐体１０の背面方向（＋Ｘ方向）に形成し、筐体１０背面方向（＋Ｘ方向）に収まらない部分を筐体幅方向（±Ｙ方向）に折り返して形成する。また、前述の２素子モノポールアンテナの開放端は、人体（使用者）から遠くなるように筐体１０背面方向に形成されている。

次に、（ｉｉ）２素子モノポールアンテナの場合の放射パターンについて、図８に示す。
図８（Ａ）は、図７（Ａ）に示すような２素子モノポールアンテナ１１を、筐体１０の背面方向に向かうように形成したときの１８００ＭＨｚの放射パターン図であり、Ｘ−Ｙ面の主偏波成分αと交差偏波成分βを示している。一方、図８（Ｂ）は、比較例として示すものであり、図７（Ｂ）に示すような２素子モノポールアンテナ１１を、筐体１０の上面１０Ａ（図１参照）において、筐体１０の上面１０Ａから直上方向に伸びるように形成したときの１８００ＭＨｚの放射パターン図であり、Ｘ−Ｙ面の主偏波成分αと交差偏波成分βを示している。

図８（Ａ）と（Ｂ）の主偏波成分αを比較すると、図８（Ａ）の主偏波成分αは−６ｄＢ程度となっているのに対して、図８（Ｂ）の主偏波成分αのＦ／Ｂ比（Front to back ratio）は０ｄＢ程度である。これは、９００ＭＨｚ帯で共振するアンテナ素子１１Ａが１８００ＭＨｚで共振するアンテナ素子１１Ｂの反射器として動作することで、筐体１０の背面方向への電磁波の放射が支配的となり、通話時に人体（使用者）と反対側である筐体背面方向に支配的に電磁波が放射されていることを示している。

このように、図７（Ａ）に示すように複数の素子を有するモノポールアンテナ（本実施形態においての２素子モノポールアンテナ）１１を筐体１０の背面方向に形成し、かつ前述の複数の素子を有するモノポールアンテナ１１のうちの第一の周波数（例えば、９００ＭＨｚ）で共振するアンテナ素子を人体（使用者）側に形成し、第二の周波数（例えば、１８００ＭＨｚ）及び第三の周波数（例えば、２０００ＭＨｚ）以上の周波数で共振するアンテナ素子を前述の第一の周波数で共振するアンテナ素子より人体（使用者）から遠い位置に配置することで、人体（使用者）の反対側である筐体１０の背面方向への放射が支配的になる。その結果、通話時に人体（使用者）頭部に吸収される電磁波を減らすことで通話時の利得を向上することができ、指向性制御をするために無給電素子を必要としないので、筐体１０内のスペースを有効利用することができ、コストも低減できる。

また、同様にして、図７（Ａ）に示すように、２素子モノポールアンテナ１１を筐体１０の背面方向に形成し、かつ、２素子モノポールアンテナ１１の開放端を人体（使用者）とは反対側に、人体（使用者）から遠い位置に形成することで、特にアンテナ素子からの放射が支配的になる１８００ＭＨｚ帯において、電流のピーク点を人体（使用者）頭部から遠ざけ、ＳＡＲ(Specific Absorption Ratio)を１５％程度低減することができる。

次に、本実施形態の通信端末装置１に設けてある地線１４の効果について、図９から図１１を参照しながら説明する。
図９（Ａ）に示す地線１４は、基板１３上の給電部１２付近の無線グランドに接地することで、地線１４がない場合（図９（Ｂ））に比べて、高い周波数帯での帯域を広帯域化し、アンテナ１１は、ＥＧＳＭ帯（８８０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）からＵＭＴＳ帯（１９２０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ）までに対応した多周波共用アンテナとなっている。このときのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio；電圧定在波比）を示すグラフを図１０に示す。

図１０（Ａ）は地線１４を追加した場合（図９（Ａ）に示すもの）のＶＳＷＲ図であり、図１０（Ｂ）は地線がない場合（図９（Ｂ）に示すもの）のＶＳＷＲ図である。
アンテナの広帯域化を図るために、前述した地線１４を追加すると、地線１４の形状によっては、図１１（Ｂ）に示すように、地線１４に電流のピークが集中している。このため、ＳＡＲが劣化してしまうことがある。
そこで、本発明では、この地線１４を板状に形成するとともに、周囲長を使用周波数の約（１/２）λとし、かつ、基板１３の幅方向の長さは、約（１/８）λ以下とするように構成してある。これにより（例えば、図２に示す形状）、地線１４に流れる電流のピークを分散させ、かつ、給電点側１２の筐体１０の長手方向（下方向）に電流を流すことで、ＳＡＲをさらに低減することができる（図１１（Ａ））。

また、この構成により、近年、小型化、薄型化が主流である携帯電話機などの通信端末装置において、地線１４は筐体での長手方向の占有幅を小さくすることができるようになり、ＩＯコネクタや記憶メモリなどを筐体の内側面に形成する場合に有効である。

以上、本実施形態によれば、通話時におけるアンテナ利得を向上し、同時にＳＡＲを低減することができ、通信端末装置の通話品質を向上することができるとともに、電磁波による人体への影響を低減することができ、かつ、小型で薄型化が可能であるという特徴を有する通信端末装置を提供できる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、２００６年２月１０日出願の日本特許出願（特願２００６−０３４０５９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明の通信端末装置は、通話時のアンテナ利得を向上し、使用者（人体）への医学的な影響であるＳＡＲを低減し、かつ、筐体の薄型化、小型化が可能となる効果を有し、実使用における通信端末装置の通話品質の向上、電磁波による人体への悪影響の低減などの点で有用である。

本発明の実施形態に係る通信端末装置の斜視図その通信端末装置内部のアンテナ部分の構成を示す説明図（Ａ）から（Ｃ）はその通信端末装置のアンテナ素子の構成を示す説明図（Ａ）、（Ｂ）はその通信端末装置のアンテナ素子の具体的な形状を示す説明図（Ａ）はその通信端末装置のアンテナが１素子モノポールアンテナの場合の配置図、（Ｂ）は比較例として示す１素子モノポールアンテナの配置図（Ａ）は図５（Ａ）に示す１素子モノポールアンテナの放射パターン図（Ｘ−Ｙ面）、（Ｂ）は図５（Ｂ）に示す比較例の１素子モノポールアンテナの放射パターン図（Ａ）は本発明の通信端末装置のアンテナが２素子モノポールアンテナの場合の配置図、（Ｂ）は比較例として示す２素子モノポールアンテナの配置図（Ａ）は図５（Ａ）に示す２素子モノポールアンテナの放射パターン図（Ｘ−Ｙ面）、（Ｂ）は図５（Ｂ）に示す比較例の２素子モノポールアンテナの放射パターン図（Ａ）は本発明の実施形態に係る通信端末装置の地線などを示す構成図、（Ｂ）は通信端末装置に地線を持たない比較例を示す構成図（Ａ）は図９（Ａ）に示す通信端末装置のＶＳＷＲ図、（Ｂ）は図９（Ｂ）に示す比較例のＶＳＷＲ図（Ａ）は図２および図９（Ａ）に示す本発明の通信端末装置の電流分布図、（Ｂ）は比較例として用いた形状が好ましくない地線を有する場合の電流分布図従来のチップアンテナを内蔵した通信端末装置の側面図従来の地線を追加した通信端末装置の上面図従来の無給電素子を付加し、指向性制御を行うことで放射効率の向上、人体への電波吸収の低減を行う通信端末装置の斜視図

符号の説明

１通信端末装置
１０筐体
１０Ａ上面
１０Ｂ背面
１１モノポールアンテナ（１素子モノポールアンテナ）
１１１板金
１１１Ａ板状の板金
１１１Ｂ線状の板金
１１２フレキシブル基板
１１３プリント基板
１２給電部
１３基板
１４地線
α 主偏波成分
β 交差偏波成分

Claims

筐体内に設けた基板と、
前記基板に設けた給電部と、
一端を前記給電部と電気的に接続して給電する多周波共用の複数の素子を有するモノポールアンテナと、
前記基板の無線グランドに電気的に接続する地線と、を有し、
前記地線は板状のものであり、
前記地線の周囲長は前記多周波の一つの周波数の約（１／２）λであり、かつ、
前記地線の前記基板幅方向に沿った方向の長さは約（１／８）λ以下であり、
前記モノポールアンテナは前記基板と垂直に配置し、
前記モノポールアンテナの開放端は、筐体背面方向側に形成し、かつ、
前記複数の素子を有するモノポールアンテナのうち特定の第一の周波数で共振するアンテナ素子は、筐体前面方向側に形成し、
前記第一の周波数とは異なる第二の周波数及び第三の周波数以上の周波数で共振するアンテナ素子は、前記第一の周波数で共振するアンテナ素子より筐体背面方向側に配置する通信端末装置。