JP4842138B2 - 導電性の筐体を備える機器のアンテナ構造 - Google Patents

Description

本発明は概して無線通信機器の技術分野に関し、特に無線通信機器に組み込む無線アンテナ構造に関する。

携帯電話のような携帯型通信機器は更に小型化し、かつ異なるデザイン形状を用いるようになっている。機能性及び見映えの両方を実現する１つのデザインは折り畳み式携帯電話機（ｆｌｉｐ−ｐｈｏｎｅ）構造である。折り畳み式携帯電話機構造は、閉じ位置または折り畳み位置から開き位置または開放位置に開くカバーを有する。カバーはスピーカまたはマイクロホンを含み、カバーがその開放位置になると、カバーが電話構造の一部として機能し、かつイヤホンまたはマイクロホンが電話本体から離れて使用可能となる。これにより、電話本体をより小さな構造にすることができる。

折り畳み式携帯電話機構造を使用する際に認識される問題は、クラムシェル型（ｃｌａｍ ｓｈｅｌｌ）携帯電話機のアンテナが金属製筐体の携帯電話機に取り付けられると、アンテナの性能が低下することである。性能低下をもたらすメカニズムとして、金属製の携帯電話機の筐体上で、アンテナによって誘起される電流が挙げられる。この電流はアンテナ電流により生成される放射電界の一部を打ち消す。この問題があるにもかかわらず、金属製の筐体を折り畳み式携帯電話機構造に使用すると幾つかの利点が得られる。金属製の筐体を折り畳み式携帯電話機構造に使用する場合、この放射性能の損失を補うために、通常、アンテナ寸法を大きくする。しかしながら、アンテナ寸法が大きくなると、製品のスタイル及び独創性に悪影響を及ぼす。

従って、上述した従来技術における問題を解決する必要がある。

本発明の好適な実施形態によれば、無線通信機器は、第１端部及び第２端部を有する本体を有する。第２端部は第１端部の実質的に反対側に位置する。無線通信機器は更に、第１端部の領域に位置するＲＦ給電部により駆動されるアンテナを有する。無線通信機器はまた、導電部分を含むフリップカバーを有する。フリップカバーの導電部分は、本体内において実質的に第２端部の領域で電気的に接地に接続される。

本発明の別の態様によれば、無線通信機器は、導電本体部分を有する本体と、本体の表面に位置するアンテナ凹部とを有する。無線通信機器はまた、アンテナ凹部近傍の箇所で本体に物理的に取り付けられるアンテナを有する。アンテナは、アンテナ凹部に収納可能かつアンテナ凹部から伸張可能である。無線通信機器はまた、誘電体基板を有し、誘電体基板は、アンテナがアンテナ凹部に収納される場合及びアンテナがアンテナ凹部から伸張される場合にアンテナの共振周波数が実質的に維持されるように、アンテナ凹部の近傍に取り付けられる。

同様の参照番号が個々の図を通じて、同じ、または機能的に類似する構成要素を指し、かつ以下の詳細な記述と共に本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図は、種々の実施形態を更に例示し、かつ全てが本発明に従う種々の原理及び利点を説明するために用いられる。

要件に応じて本発明の詳細な実施形態を本明細書中に開示する。しかしながら、開示する実施形態は本発明の単なる例示であり、本発明は種々の形態で具体化することができることが理解し得る。従って、本明細書に開示する特定の詳細構造及び詳細機能は本発明を制限するものではなく、単に特許請求の範囲の基礎として、かつ当業者が本発明を実際に他の適した詳細構造においても種々の形態で用い得るように示唆を与える代表的な基礎として解釈される。更に、本明細書において使用する用語及び語句は制限的な意味ではなく、本発明に関する記述を理解し易くするために用いられる。

本明細書において使用する「１つの」という用語は１か、または１よりも大きい数として定義される。本明細書において使用する「複数の」という用語は２か、または２よりも大きい数として定義される。本明細書において使用する「別の」という用語は少なくとも２番目以降として定義される。本明細書において使用する「含む」及び／又は「有する」という用語は「備える」（すなわち広義語）として定義される。

本発明は、好適な実施形態に従って、アンテナ性能を高め、小型かつ効率的なアンテナシステムの設計が可能な固有の金属筐体構造と組み合わせた形でマルチバンド素子アンテナ（ｍｕｌｔｉｂａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎｔｅｎｎａ）を提供することにより従来技術における問題を解決する。本発明の例示する実施形態の構造は折り畳み式携帯電話機であり、この携帯電話機は、電話機の表面またはケースを含むとともに、電話機のフリップカバー及び本体の双方の上に導電部分を含む筐体を有する。フリップアップアンテナ（ｆｌｉｐ ｕｐ ａｎｔｅｎｎａ）もまた折り畳み式携帯電話機に組み込まれる。例示する実施形態のフリップアップアンテナは伸張位置と収納位置との間で回動する。フリップアップアンテナは、アンテナのＲＦ給電部（ＲＦ ｆｅｅｄ）ともなるアンテナピボット部（ａｎｔｅｎｎａ ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔ）を中心に回転する。アンテナピボット部は携帯電話機本体の上部の一端に設けられている。例示する実施形態のフリップカバーの導電表面部分は実質的に電話機本体の一箇所で接地され、この箇所はアンテナＲＦ給電部の搭載部分を有する端部に対して実質的に反対側である本体の上端部に位置する。導電性バッテリカバー、フレーム、少なくとも一つのシールド、バッテリ、及び、少なくとも一つのバッテリ端子のような折り畳み式携帯電話機本体の導電表面は一箇所で接地され、この箇所は実質的にアンテナＲＦ給電部の箇所の近傍に位置する。フリップカバー及び本体の導電表面のこの接地構造により、フリップカバー及び本体の導電部分に誘起された電流を有利な形で制御することができ、機器のアンテナ性能を向上させることが分かっている。

図１を参照すると、本発明の例示する実施形態によるフリップアップアンテナ１２０を組み込んだ、カバー１０４が開いた状態の折り畳み式携帯電話機１００の等角図が示されている。例示する折り畳み式携帯電話機１００は従来の折り畳み式電話機と外観が類似し、本体１０２及びフリップカバー１０４を含む。フリップカバー１０４は、本体１０２にフリップカバー回動軸によって取り付けられ、このフリップカバー回動軸は第１ピボット部１２４及び第２ピボット部１２６から成る。本体１０２は本体前面１３０を有し、この本体前面は従来の携帯電話機のキーパッド１１０、マイクロホン１１４、及びメインディスプレイ１１２のような部品を搭載するために設けられる。例示する実施形態の本体前面１３０は、これらの部品を支持する導電金属部分を含む。例示する折り畳み式携帯電話機１００のフリップカバー１０４はイヤホン１１６及び折り畳みディスプレイ１１８を含む。イヤホン１１６をフリップカバー１０４上に配置することによりイヤホン１１６及びマイクロホン１１４が適切な物理的関係になって電話機での会話が可能になる。折り畳みディスプレイ１１８は、図示のようにフリップカバー１０４の内側に配置することができる。または折り畳みディスプレイ１１８はフリップカバー１０４の反対側に配置して、フリップカバー１０４が閉じたときに折り畳みディスプレイ１１８を眺めることができるようにすることができる。フリップカバー１０４はまた、フリップカバー電子部品（図示せず）を含むことができ、これらの電子部品は折り畳みディスプレイ１１８を動作させ、従来の折り畳み式携帯電話機において行われる他の処理を実行する。例示する実施形態のフリップカバー電子部品にはフリップカバー電力給電部（ｆｌｉｐ ｃｏｖｅｒ ｐｏｗｅｒ ｆｅｅｄ）を介して電力が供給され、このフリップカバー電力給電部はフリップアップアンテナ１２０を搭載する端部と反対側の端部で本体１０２内部の電源に接続されている。

例示する実施形態のフリップカバー１０４は導電背面１０６も含む。例示する実施形態の導電背面１０６はフリップカバーの導電部分を備え、この導電部分は、フリップカバー１０４が閉じるとフリップカバーの内側部分を覆う。本発明の実施形態はフリップカバーを含み、このフリップカバーは導電カバー１０４を有していてもよいし、又は、有していなくてもよい。更にこのフリップカバーは、フレーム、回路基板、電気端子、及び全体が導電表面に覆われたフリップカバー１０４のうちの一つ又は複数のような他の導電部分を有する。

例示する折り畳み式携帯電話機１００はフリップアップアンテナ１２０を含み、このフリップアップアンテナ１２０は本体１０２に取り付けられ、かつアンテナ回動軸１２２によって装着される。アンテナ１２０はアンテナ回動軸１２２を中心に回動するのでアンテナ１２０は伸張位置（図１には示さず）と収納位置との間で以下に記載及び図示するように移動することができる。例示する実施形態の本体１０２は更に、導電バッテリカバー１０８を有し、この導電バッテリカバー１０８は、例示する実施形態の本体１０２の背面を覆う導電表面を形成する。

以下に記載するように、導電背面１０６のような例示する実施形態のフリップカバー１０４の導電部分は、本体１０２の電源に、第２ピボット１２６の一部である接地接続箇所を通して電気的に接地される。例示する実施形態の第１ピボット１２４は非導電性とすることができ、かつフリップカバー１０４及び本体１０２のいずれの部分にも電気的に接続されない。

本発明の好適な実施形態による、カバー１０４が閉じ、かつアンテナ１２０が収納位置にある閉じ状態の折り畳み式携帯電話機２００の等角図を図２に示す。同図は、フリップカバー１０４が第１ピボット部１２４及び第２ピボット部１２６からなるフリップカバー回動軸の周りに回動して本体１０２の前面を覆うように閉じた様子の閉じ状態の折り畳み式携帯電話機２００を示している。閉じ状態の折り畳み式携帯電話機２００はまた、そのアンテナ１２０を以下に詳細に記載するアンテナ凹部２０２に収容している。

本発明の好適な実施形態による、背面カバー１０８を取り外した状態の折り畳み式携帯電話機１００の背面図３００を図３に示す。折り畳み式携帯電話機１００の本体は無線周波数プリント回路（ＲＦ−ＰＣ）基板３０６を含み、この基板３０６はＲＦサポート回路３１０を含み、この回路３１０を使用してＲＦ信号を生成及び処理し、送信及び受信動作を行なう。ＲＦサポート回路はＲＦ給電部３１２を含み、このＲＦ給電部３１２はアンテナ１２０をアンテナ回動軸１２２を介してＲＦサポート回路３１０に電気的に接続する。ＲＦ給電部３１２は受信信号、及びＲＦサポート回路３１０とアンテナ１２０との間で送信される信号の両方を電気的に通過させる。ＲＦエネルギーはＲＦ給電部３１２からアンテナ回動軸１２２を介してアンテナ１２０に送られるが、これについては以下に更に詳細に記載する。尚、ＲＦ給電部３１２及びＲＦ給電部３１２のアンテナ１２０との接続部分は、本体１０２の第１端部に沿って、すなわち第１ピボット部１２４の近傍である本体１０２の端部に設けられることが好ましい。

例示する実施形態のＲＦ−ＰＣ基板３０６は更に、本体ケース接地箇所３１４を有する。本体ケース接地箇所３１４は、バッテリカバー１０８及び本体前面１３０のような本体１０２の導電部分と、折り畳み式携帯電話機１００の電気回路との間で電気グランド接続部を形成するのに使用される箇所とすることができる。尚、例示する実施形態の本体ケース接地箇所３１４は本体１０２の第１端部の近傍、すなわちアンテナ給電部３１２及び第１ピボット部１２４の近傍に設けられる。ケース接地箇所の位置及び数は機器の動作周波数帯及びフォームファクタ（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）に基づいて調整することができる。一般的に、ケース接地箇所はアンテナ１２０及びＲＦ給電部３１２の近傍において電話機領域の最適な位置に設けられる。

ＲＦ−ＰＣ基板３０６は更に、フリップケースグランド接続部３１６を有し、このグランド接続部３１６は例示する実施形態の第２ピボット部１２６に接続される。尚、フリップケースグランド接続部は、本体１０２の第２端部、すなわち本体１０２の上部に沿った端部であって、実質的に第１端部と反対側の端部、すなわち第１ピボット部１２４が設けられた端部と反対側の端部に設けられている。例示する実施形態のフリップケースグランド接続部３１６は、ケース、及びフリップカバー１０４内部に含まれる電気部品のグランド接続部とすることができる。本発明の種々の実施形態においては、導体でないか、またはフリップカバー１０４の導電部分と電気的に接続されることがない複数のピボット部を利用する。他の実施形態では、導電ケーブルを使用してフリップカバー１０４内部の導電部分及び／又は回路をフリップケースグランド接続部３１６に接続する。第１ピボット部１２４及び第２ピボット部１２６のような導電性のピボット部を使用する本発明の実施形態では、第２ピボット部の接続部または本体１０２の第２端部近傍の接続部を除いた本体１０２内部のグランド接続部からフリップカバー１０４を電気的に分離する設計上の特徴を取り入れる。このような実施形態は、例えば第１ピボット部１２４をフリップカバー１０４から分離する絶縁体を有するか、または絶縁空間を第１ピボット部１２４内部に取り入れる。

例示する実施形態のアンテナ１２０はアンテナ回動軸１２２を中心に回動し、そしてアンテナ凹部２０２に収納される。動作状態では、本体１０２の導電部分及び折り畳み式携帯電話機１００の他の導電素子によって、アンテナ１２０の共振周波数特性に変化が生じる。この変化を補償するために、例示する実施形態のアンテナ凹部２０２は誘電性負荷３０４をアンテナ凹部２０２の底部に有する。誘電性負荷３０４は、アンテナ１２０が収納位置にある場合のアンテナ１２０の共振特性を変化させることにより、アンテナ１２０が伸張位置にある場合の共振特性と同じになるようにする。誘電性負荷３０４及びアンテナ１２０自体のいずれか、またはその両方に使用される誘電体材料の誘電率及び厚さなどの誘電性負荷３０４のパラメータを調整することにより、アンテナ１２０は、その伸張位置及び収納位置で同様な放射特性を示すようになる。

本発明の例示する実施形態による例示する折り畳み式携帯電話機１００に使用されるフリップアップアンテナ１２０の断面図を図４に示す。フリップアップアンテナ１２０は、例示する実施形態のアンテナ回動軸１２２を介してアンテナ給電部３１２に電気的に接続される。例示する実施形態のフリップアップアンテナ１２０は、Ｓ字蛇行状導体４０２を備える誘電体基板４０６を組み込む。フリップアップアンテナ１２０は素子４０２をプラスチックオーバーモールド４０４で密封することにより、フリップアップアンテナ１２０に剛性を付与してアンテナの強度を上げる。

例示する実施形態のアンテナ１２０は、本明細書に記載するように、効果的となり得る蛇行状導体アンテナの例である。当業者には理解できることであるが、多種多様なアンテナを同じようにして、本発明の更に別の実施形態に組み込むことができる。また、当業者であれば、多種多様な装着及び／又は回動手段を使用して、伸張位置と収納位置との間でのアンテナ１２０の移動を可能にすることができることが理解し得る。例えば、本発明の実施形態では、スライド式アンテナ構造及び／又は伸縮式アンテナ構造を使用する。

例示する実施形態のアンテナ素子４０２のＳ字蛇行状導体構造は、無線用マルチバンドにおける効率的な放射を実現するコンパクトな構造となる。フリップアップアンテナ１２０の周波数応答は、アンテナの伸張位置と収納位置の両方から分かるように、蛇行状導体の長さ、複数の蛇行状導体の間の隙間、及びアンテナ素子４０２の蛇行繰り返し数を調整することにより調整することができる。又、アンテナ素子４０２の誘電体基板を調整して例えば誘電率及び／又は厚さを変えることにより、アンテナ１２０の放射特性を変更することができる。

本発明の例示する実施形態による携帯電話機の模式図５００を図５に示す。模式図には、通信トランシーバ５０２、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）トランシーバ５０４、及びＧＰＳ受信機に電気的に接続されるアンテナ１２０が示される。これらのトランシーバ及び受信機はそれぞれ、異なる無線周波数帯で動作するので、アンテナ１２０はこれらの周波数帯の全てにおいて効率的に動作する必要がある。アンテナ１２０の蛇行状導体構造によって、上記したように、このマルチバンド動作が有利な形で可能になり、かつ例示する実施形態の複数のトランシーバ及び受信機が上記したように１本のアンテナで動作することができる。

通信トランシーバ５０２及びＷＬＡＮトランシーバ５０４は音声プロセッサ５０８に接続される。音声プロセッサ５０８は、通信トランシーバ５０２及び／又はＷＬＡＮインターフェース５０４が提供する無線インターフェースを介して音声通信を行なうために必要な処理を実行する。音声プロセッサは、マイクロホン１１４及びイヤホン１１６のような携帯電話機のアナログサウンドインターフェースを使用して、音声インターフェースを携帯電話機ユーザに提供する。

例示する実施形態の携帯電話機は、音声情報をデジタルフォーマットで送受信する無線プロトコルを使用する。通信トランシーバ５０２はデジタル携帯電話用データフォーマットを使用し、そしてＷＬＡＮトランシーバは、インターネットプロトコル（ＩＰ）に準拠する無線データフォーマットを使用する。音声プロセッサ５０８は、通信プロセッサ５０２が用いる無線での携帯電話プロトコルに従って、またはＷＬＡＮトランシーバ５０４が使用するボイスオーバーＩＰ（ＶＯＩＰ）プロトコルに従ってデジタル音声データを処理する。

例示する実施形態のデータプロセッサ５１０は携帯電話機内部の部品の制御だけでなく、通信トランシーバ５０２またはＷＬＡＮトランシーバ５０４を介して送受信されるユーザデータの処理も行なう。ユーザデータはディスプレイ１２に表示される情報及びユーザがキーパッド１１０を通して入力するデータを含む。

本発明の例示する実施形態によって、無線通信機器が、導電性の金属筐体を備える折り畳み式携帯電話機の形で好適に提供される。この金属筐体は、折り畳み式携帯電話機のカバー及び本体の導電性シェルを含む。本体に流れる接地電流をアンテナ給電部の箇所近傍の箇所に集め、かつ、フリップカバーと本体との間に流れる接地電流を本体においてアンテナ給電部の箇所とは反対側の箇所に集めるように作用する筐体の接地構造によって、これまでの構造よりも物理的に小さいアンテナをこの金属筐体に使用することができるようになる。例示する実施形態によって、更に、誘電性負荷がアンテナ凹部の内部に設けられる。この誘電性負荷は、アンテナがアンテナ凹部に収納されるときにアンテナが動作する種々の電気的環境を補償するように作用する。この誘電性負荷は、アンテナが凹部に収納されるときのアンテナのマルチバンド特性を向上させるように作用するので、アンテナがこのように収納されたときの通信性能を向上させることができる。

本発明の特定の実施形態について開示したが、当業者であれば、これらの特定の実施形態に、本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱しない範囲において変更を加え得ることが理解し得る。従って、本発明の技術範囲はこれらの特定の実施形態に制限されるべきではなく、かつ添付の特許請求の範囲は、適用形態、変形、及び実施形態のいずれをも、及びこのような適用形態、変形、及び実施形態の全てを本発明の技術範囲の内部に含むものである。

本発明の好適な実施形態によるフリップアップアンテナを組み込んだ、カバーが開いた状態の折り畳み式携帯電話機の等角図である。 本発明の好適な実施形態による、カバーが閉じた状態の、図１に示す折り畳み式携帯電話機の等角図である。 本発明の好適な実施形態による、背面カバーを取り外した状態の、図１に示す折り畳み式携帯電話機の背面図である。 本発明の好適な実施形態による、図１に示す携帯電話機に使用されるフリップアップアンテナの断面図である。 本発明の例示する実施形態による無線通信機器を示すブロック図である。

Claims (7)

1. 第１端部と、該第１端部の実質的に反対側に位置する第２端部とを有する本体と、
   前記本体内部の電気グランド接続部と、
   前記第１端部の領域に位置するＲＦ給電部により駆動されるアンテナであって、同第１端部の領域に取り付けられるアンテナと、
   導電部分を含むフリップカバーであって、前記第１端部及び前記第２端部により前記本体に対して回動可能に設けられるフリップカバーと、
   を備え、
   前記フリップカバーの導電部分が、前記本体内部のフリップ・グランド接続部と前記第２端部を介して電気的に接続されることにより接地されており、前記フリップ・グランド接続部が前記第２端部の領域に位置している、無線通信機器。
2. 請求項１記載の無線通信機器は更に、前記本体の少なくとも一部分を覆う導電本体部分を備え、
   前記導電本体部分は、該導電本体部分を前記電気グランド接続部に接続する本体接地箇所を除いて前記電気グランド接続部とは電気的に絶縁されており、前記本体接地箇所が前記第１端部の領域に位置している、無線通信機器。
3. 請求項１記載の無線通信機器において、
   前記本体は更に、ＲＦ−ＰＣ基板を含み、
   前記ＲＦ−ＰＣ基板からの接地電流は、該ＲＦ−ＰＣ基板を前記電気グランド接続部に接続する接地箇所を除いて前記電気グランド接続部に流れず、前記接地箇所は前記第１端部の領域に位置している、無線通信機器。
4. 請求項１記載の無線通信機器において、
   前記本体は更に、フレーム、少なくとも一つのシールド、バッテリ、少なくとも一つのバッテリ端子、バッテリカバー、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み、
   前記フレーム、前記少なくとも一つのシールド、前記バッテリ、前記少なくとも一つのバッテリ端子、前記バッテリカバー、及びこれらの前記組み合わせの少なくとも一つは、前記電気グランド接続部と接続されている接地箇所を除いて前記電気グランド接続部から電気的に絶縁されており、前記接地箇所は前記第１端部の領域に位置している、無線通信機器。
5. 請求項１記載の無線通信機器において、
   前記フリップカバーはフリップカバー電子回路を含む、無線通信機器。
6. 請求項５記載の無線通信機器は更に、前記フリップカバー電子回路に電力を供給するフリップカバー電力給電部を備え、
   前記フリップカバー電力給電部は、前記第２端部の近傍において前記本体内の電源に電気的に接続される、無線通信機器。
7. 導電本体部分を含む本体であって、該本体が第１端部及び該第１端部の実質的に反対側に位置する第２端部を有する本体と、
   前記本体内部の電気グランド接続部と、
   前記本体の表面に位置するアンテナ凹部と、
   前記アンテナ凹部近傍の前記第１端部の箇所で前記本体に物理的に取り付けられるアンテナであって、前記第１端部の領域に位置するＲＦ給電部により駆動され、前記アンテナ凹部に収納可能かつ前記アンテナ凹部から伸張可能な前記アンテナと、
   前記アンテナが前記アンテナ凹部に収納される場合、及び前記アンテナが前記アンテナ凹部から伸張される場合に前記アンテナの共振周波数が実質的に維持されるように、前記アンテナ凹部の近傍に取り付けられる誘電体基板と、
   導電部分を含み、前記第１端部及び前記第２端部により前記本体に対して回動可能に設けられるフリップカバーであって、前記フリップカバーの導電部分が、前記本体内部のフリップ・グランド接続部と前記第２端部を介して電気的に接続されることにより接地されており、前記フリップ・グランド接続部が前記第２端部の領域に位置している、前記フリップカバーと、
   を備える、無線通信機器。

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