JP5061942B2 - 携帯通信端末 - Google Patents

Description

この発明は、周波数帯の異なった複数の放送信号や通信信号を受信する受信回路を備えた携帯通信端末に関するものである。

携帯電話機などの携帯通信端末のアンテナは、当初ロッドアンテナ（ホイップアンテナ）が主流であったが、近年では広帯域で送受信できる誘電体アンテナが利用されるようになって、ロッドアンテナのようにユーザーが使用時にアンテナを伸ばさなくてもよくなった（特許文献１参照）。これは、携帯電話の使用周波数帯が当初の８００ＭＨｚ帯から１．５ＧＨｚ帯などに高周波化されたことも一因である。周波数帯が高くなると、必要な共振周波数に合わせるためのアンテナ（誘導性成分）の電気長が短くなり、ロッドアンテナの代わりに金属板を携帯電話の筐体内に貼付する形で収納したり、高誘電率のセラミック材料を用いたりして、小型の誘電体アンテナが実現できたからである。
特開平７−２２６６１３号公報

一方、近年はモバイル向け地上波ディジタルテレビ放送（携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス。以下、「ワンセグ放送」という。）の受信機能を携帯電話端末に持たせるようになっている。ワンセグ放送は４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯を利用したサービスであるため、この周波数帯に同調させるにはロッドアンテナでないと困難である。そのため、通話時にはロッドアンテナを伸ばさなくてもよいが、テレビを観る時は伸ばさないと高感度な受信ができない、という仕様になっている。

ここで、従来のワンセグチューナ内蔵の携帯通信端末の構成および特性について示す。
図１はワンセグチューナ内蔵の携帯通信端末の主要部を示す図である。この携帯通信端末は、ロッドアンテナ１１、外部整合回路１２、および基板の接地電極１３を備えている。外部整合回路１２は送受信回路とアンテナとの間のインピーダンス整合を行う。ロッドアンテナ１１はモノポールアンテナであり、基板の接地電極１３と共に等価的なダイポールアンテナとして作用する。

図２（Ａ）は、外部整合回路１２を接続しない状態でのロッドアンテナ単体の反射損失を示している。この例では、ロッドアンテナ１１の長さは１２０ｍｍであり、６００ＭＨｚで共振する狭帯域特性となる。また、図２（Ｂ）は、そのロッドアンテナ１１の、周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に表したものである。

図３は外部整合回路１２の例であり、３つのキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３および２つのインダクタＬ１，Ｌ２で構成している。
図４（Ａ）は上記外部整合回路１２を接続したアンテナの反射損失、図４（Ｂ）は上記外部整合回路を挿入した状態での透過損失特性をそれぞれ示している。ここでＷ１で示す周波数帯域はワンセグ放送の周波数帯である。このような広帯域のアプリケションの場合には、広帯域化のために整合回路を設けても、図４（Ａ）に示したように全帯域で十分な整合をとることができず、帯域端で性能が低下する。また、このようなワンセグ用のアンテナでは、７６〜９０ＭＨｚ（日本のＦＭ放送帯域）や９０〜２２２ＭＨｚ（ＶＨＦ帯）の放送波を受信しようとしても、図４（Ｂ）においてＷ２で示したようにアンテナの共振周波数から外れた帯域では外部整合回路の挿入損失が大きく、高利得が得られない。

また、前述のワンセグ放送とは別に地上波ディジタルラジオ放送というサービスもあり、近年のワンセグチューナでは、この地上波ディジタルラジオ放送も受信できることが求められるようになっている。地上波ディジタルラジオ放送は１８８ＭＨｚ〜１９８ＭＨｚのＶＨＦ帯（現在ＶＨＦ−ＴＶ放送の７ｃｈまたは８ｃｈ）でサービス提供されている。将来的には２０１１年の地上波アナログ放送の停波後、ディジタルラジオ放送は９６ＭＨｚ〜１０２ＭＨｚ（現在ＶＨＦ−ＴＶ放送の２ｃｈ）に移行し、空いた大部分のＶＨＦ帯にはさらに別のサービスが入ることが予定されている。

このような相対的に低い周波数帯の放送や通信も感度良く受信しようとすると、ロッドアンテナの長さ（＝電気長）が携帯電話本体の長手方向の長さよりも長くなってしまい、現実的ではない。また、ワンセグ放送に対して最適化されたロッドアンテナでは、それよりさらに周波数帯域が低い地上波ディジタルラジオ放送を受信する際の感度低下が避けられず、サービスを受ける場所が限定されてしまう。

そこで、この発明の目的は比較的短いロッドアンテナを用いても、例えばワンセグ放送や、それより周波数帯の低い放送・通信信号を高感度で受信できるようにした携帯通信端末を提供することにある。

前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１） ロッドアンテナまたはホイップアンテナと、イヤホン端子と、周波数帯の異なった複数の放送信号または通信信号を受信する受信回路と、を備えた携帯通信端末において、
前記携帯通信端末の内部に備えられた基準電位の電極と前記イヤホン端子との間に、前記基準電位の電極と前記イヤホン端子との間の導通／遮断を切り替えるスイッチが設けられていて、
導線が内蔵されているイヤホンコードが前記イヤホン端子に接続され、且つ前記スイッチが導通状態であるとき、前記基準電位の電極に前記導線が電気的に接続されることを特徴とする。

これにより、基準電位（携帯通信端末の接地電位）の電極がイヤホンコードの導線で延長されることになり、イヤホンコードがアンテナの一部として作用し、アンテナ素子長を実質的に稼ぐことになる。すなわち、ロッドアンテナまたはホイップアンテナと、接地電極である基準電位の電極とイヤホンコードによるロッドアンテナまたはホイップアンテナの鏡像（イメージ）でダイポールアンテナとして作用する際にアンテナの素子長が長くなる。そのため、ロッドアンテナまたはホイップアンテナを長くすることなく、地上波ディジタルラジオ放送のような低周波数域通信サービスの受信感度が高まる。
また、前記イヤホン端子にイヤホンコードが接続された状態で、前記スイッチの切替によって、受信すべき周波数帯のうちどの周波数帯でも高感度な受信が可能となる。

この発明によれば、基準電位の電極がイヤホンコードの導線で延長されることになり、イヤホンコードがアンテナの一部として作用して、アンテナ素子長を実質的に稼ぐことになる。そのため、ロッドアンテナまたはホイップアンテナを長くすることなく、地上波ディジタルラジオ放送のような低周波数域通信サービスの受信感度が高まる。

《第１の実施形態》
図５は第１の実施形態に係る携帯通信端末のアンテナの主要部を示す図である。ロッドアンテナ１１、外部整合回路１２、および基板の接地電極１３を備える点は図１に示したものと同様である。基板上には、地上波ディジタルテレビ放送の放送信号を受信する第１の受信モードと、地上波ディジタルラジオ放送の放送信号を受信する第２の受信モードとを有する受信回路を備えていて、この受信回路に外部整合回路１２が接続されている。

また、携帯通信端末１０１の筐体９にはイヤホン１０を接続可能なイヤホン端子１４を備えている。この図５ではイヤホン１０を接続した状態を示している。

イヤホン１０は、アンテナのための導線を兼ねる音声信号伝達用の導線を内蔵するイヤホンコード１５と、その途中に直列接続したチョークコイル１６を備えている。イヤホンコード１５の導線は、イヤホン端子１４を介して基板の接地電極１３に電気的に接続される。したがって、イヤホン端子１４にイヤホン１０を接続することにより、基準電位の電極（接地電極）が基板の接地電極１３だけでなくイヤホンコード１５によって延長されることになる。

上記チョークコイル１６は、その高インピーダンスにより擬似開放点をつくって、チョークコイルから先のインピーダンスを等価的に見せないようにするために設けている。アンテナのための導線を音声信号伝達用の導線とは別に内蔵させる場合には、アンテナのための導線の長さを音声信号伝達用の導線とは独立して定めればよいので、チョークコイルは不要である。

このようにして、ロッドアンテナと、接地電極１３およびイヤホンコードによるロッドアンテナの鏡像（イメージ）とでダイポールアンテナとして作用する際にアンテナの素子長が長くなる。その結果、ロッドアンテナまたはホイップアンテナを長くすることなく、地上波ディジタルラジオ放送のような低周波数域通信サービスの受信感度が高まる。

図６は、図５に示したようにイヤホン１０を接続した状態でのアンテナ単体の反射損失を示している。この例では、ロッドアンテナ１１の長さは１２０ｍｍであり、６００ＭＨｚで共振する。また、図６（Ｂ）は、イヤホン１０を接続した状態でのアンテナのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に表したものである。

この図６と、従来例である図２とを対比すれば明らかなように、ディジタルラジオ放送の周波数帯Ｗ１内の周波数１９５．０ＭＨｚで反射損失が低下していて、ワンセグ放送の周波数帯Ｗ１の両端の周波数４７０．０ＭＨｚ，７７０．０ＭＨｚおよびそのＷ１の周波数帯で反射損失が低下している。

図７は、図５に示した外部整合回路１２の２つの構成図である。図７（Ａ）の例では、ワンセグ放送の周波数帯（４７０〜７７０ＭＨｚ）に整合する第１の整合回路２１、地上波ディジタルラジオ放送の周波数帯（２００ＭＨｚ）で整合する第２の整合回路２２、および第１・第２の整合回路を切り替えるスイッチ２３で外部整合回路を構成している。スイッチ２３は、ワンセグ放送の受信時に第１の整合回路２１側を選択し、地上波ディジタルラジオ放送受信時に第２の整合回路２２側を選択するように、受信回路の切り替えに応じて制御される。

また、図７（Ｂ）の例では、ワンセグ放送の周波数帯で整合する第１の整合回路２１、地上波ディジタルラジオ放送の周波数帯で整合する第２の整合回路２２、および分波器２４で外部整合回路を構成している。分波器２４は、４７０〜７７０ＭＨｚの周波数信号を第１の整合回路２１側から入力し、２００ＭＨｚ帯の周波数信号を第２の整合回路２２側から入力するように作用する。

このような外部整合回路の構成によって、ワンセグ放送・地上波ディジタルラジオ放送のいずれの受信モードでも良好なインピーダンス整合がとれて、高感度な受信が可能となる。

図８は、図７（Ａ），（Ｂ）中に示した第２の整合回路２２の具体的な回路図である。このように直列接続のインダクタＬ１のインダクタンス値および並列接続のキャパシタＣ１のキャパシタンス値の設定によってインピーダンス整合が可能となる。

図９（Ａ）は、長さ１２０ｍｍのロッドアンテナ１１を用い、イヤホンコードの長さが５００ｍｍのイヤホン１０を接続し、図８に示した第２の整合回路を接続（選択）した状態でのアンテナの反射損失特性を示している。また、図９（Ｂ）は第２の整合回路を挿入した状態での透過損失特性を示す図である。

このように、第２の整合回路は地上波ディジタルラジオ放送の周波数帯Ｗ２で整合するので周波数帯Ｗ２でアンテナの反射損失が小さく、整合回路の挿入損失も小さいので、地上波ディジタルラジオ放送の周波数帯Ｗ２での利得が高まる。

第１の実施形態で示した携帯通信端末の比較例である携帯通信端末について図１０・図１１を用いて説明する。図１０は、図１に示した従来構成の携帯通信端末において外部整合回路１２を２００ＭＨｚ帯に整合するように定めた整合回路の例である。また、図１１（Ａ）はその状態でのアンテナの反射損失特性、図１１（Ｂ）は図１０に示した整合回路を挿入した状態での透過損失特性をそれぞれ示している。

このように、もともと２００ＭＨｚ付近では共振しないアンテナに２００ＭＨｚで整合させようとする整合回路を設けても、図１１（Ａ）に示したとおり狭帯域特性しか得られない。しかも、図１１（Ｂ）に示すように、ワンセグ放送の周波数帯Ｗ１での整合回路の挿入損失が大きくなってしまう。これに対してイヤホンコード１５の導線を基板の接地電極（携帯通信端末本体のグランド）に接続し、イヤホンコード１５をダイポールアンテナの一部として利用すると、図６（Ａ）に示すように、２００ＭＨｚ近辺に共振点を作ることができる。そのうえで、２００Ｈｚで整合する外部整合回路を設けることによって、図９（Ａ）のように外部整合回路によるインピーダンス整合が可能になる。

また、図１０に示したように、キャパシタＣ１と３つのインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３により、いわば強引に整合させるために外部整合回路を構成する素子の数が増えることに伴って、外部整合回路での挿入損失は図１１（Ｂ）に示したように１０ｄＢ程度も劣化してしまう。これに対し、図９（Ｂ）に示した例では約１ｄＢ低下するだけである。

図１２（Ａ）は、イヤホン１０を接続し、且つ第１の整合回路（図３に示したワンセグ放送受信用整合回路）を接続した状態でのアンテナの反射損失を示す図、図１２（Ｂ）は、第１の整合回路を挿入した状態での透過損失特性をそれぞれ示している。

このように、イヤホン１０を接続した状態でもワンセグ放送の周波数帯Ｗ１についてのアンテナの反射損失が小さく且つ整合回路の挿入損失が小さいので、ワンセグ放送についても高利得で受信できる。

あとはワンセグ受信時と地上波ディジタルラジオ受信時とで外部整合回路をスイッチで切り替えれば、ワンセグ放送受信時には図１２の特性、地上波ディジタルラジオ放送受信時には図９の特性を有するアンテナが実現でき、どちらの放送も感度良く受信することができる。

ダイポールアンテナは、λ／２，λ，３／２λ，２λ・・・のように長さＬが半波長の整数倍となるような周波数で共振する。Ｆ１＝２００ＭＨｚとして、Ｌ＝ｃ／２Ｆ１（ｃ：光速）となるような固定長ダイポールアンテナで上記共振条件を表すと、
Ｌ＝ｎｃ／２Ｆｎ となり、Ｆｎ＝ｎＦ１（ｎ＝２，３，４，５・・・）の関係が成り立つ。よって２００ＭＨｚの整数倍の周波数の近辺に共振点が生じることになる。このように、イヤホンコードを接続した場合には、２００ＭＨｚの整数倍の周波数（約４００ＭＨｚ，約６００ＭＨｚ，約８００ＭＨｚ）の近辺に共振点ができる。

《第２の実施形態》
図１３は第２の実施形態に係る携帯通信端末１０２の構成を示す図である。第１の実施形態で図５に示した構成と異なるのは、イヤホン端子１４と基板の接地電極１３との間にスイッチ１７を設けている点である。その他の構成は図５に示したものと同様である。

上述したように、イヤホン１０の接続時には４００ＭＨｚ付近（本実施例では４７０ＭＨｚ付近）にも共振が生じる。その結果、帯域端である４７０ＭＨｚにおいて、図１２（Ａ）において符号Ｒで示したように、図４（Ａ）に示したイヤホン未接続時に比べて、反射損失を低減でき、約１ｄＢ感度が向上できている
そこで、この５００ＭＨｚ付近の下側帯域にあるチャンネルを受信する場合、イヤホン接続した方が感度の良いチャンネルについては、図１３に示したスイッチ１７を接続し、悪くなるようなら遮断すればよい。これにより、図４と図１２に示す特性のうち、各受信チャンネル毎に、感度の良い方の特性で受信できるようになる。

このようにして、スイッチ１７を設けて適宜オン／オフすることで、ワンセグ放送の受信チャンネルに応じて感度の高い状態で受信可能となる。

なお、この発明は、モバイル機器向け地上波ディジタルテレビ放送（ワンセグ放送）と、このモバイル機器向け地上波ディジタルテレビ放送よりも低い周波数帯域で提供される地上波ディジタルラジオ放送を受信する例を示したが、この本願の請求項１に係る発明は「モバイル機器向け地上波ディジタルテレビ放送」と「地上波ディジタルラジオ放送」を受信するものには限定されず、ロッドアンテナまたはホイップアンテナで受信可能な周波数帯の放送信号または通信信号を受信する第１の受信モードと、それより低い周波数帯の放送信号または通信信号を受信する第２の受信モードを備えたものであれば同様に適用できる。

なお、イヤホン端子に接続するイヤホンは文字通りの「イヤホン」に限られるものではなく、例えばヘッドフォン等でもよい。要するにイヤホン端子への接続によって、携帯通信端末の内部に備えられた基準電位の電極を導線で電気的に延長することができれば、同様に適用できる。

ワンセグチューナ内蔵の携帯通信端末のアンテナの主要部を示す図である。 （Ａ）は長さ１２０ｍｍのロッドアンテナ１１を用い、外部整合回路１２を接続しない状態でのロッドアンテナ単体の反射損失を示す図、（Ｂ）はそのロッドアンテナ１１の、周波数を変化させたときのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に表した図である。 図１における外部整合回路１２の回路図である。 （Ａ）は外部整合回路１２を接続した状態でのアンテナの反射損失特性、（Ｂ）は外部整合回路１２の挿入損失特性をそれぞれ示す図である。 第１の実施形態に係る携帯通信端末のアンテナの主要部を示す図である。 第１の実施形態に係る携帯通信端末においてイヤホン１０を接続した状態でのアンテナ単体の反射損失を示す図、（Ｂ）は、イヤホン１０を接続した状態でのアンテナ単体のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に表した図である。 図５に示した外部整合回路１２の２つの構成図である。 図７（Ａ），（Ｂ）に示した第２の整合回路２２の具体的な回路図である。 （Ａ）は図８に示した第２の整合回路を接続（選択）した状態でのアンテナの反射損失特性を示す図、（Ｂ）は第２の整合回路の挿入損失特性を示す図である。 図１に示した従来構成の携帯通信端末において、外部整合回路１２を２００ＭＨｚ帯に整合するように定めた整合回路の例である。 （Ａ）は、図１０に示した外部整合回路を接続した状態でのアンテナの反射損失を示す図、（Ｂ）は図１０に示した整合回路を挿入した状態での透過損失特性を示す図である。 （Ａ）は、イヤホン１０を接続し、且つ第１の整合回路を接続した状態でのアンテナの反射損失を示す図、（Ｂ）は、第１の整合回路の挿入損失特性をそれぞれ示す図である。 第２の実施形態に係る携帯通信端末のアンテナの主要部を示す図である。

符号の説明

９…筐体
１０…イヤホン
１１…ロッドアンテナ
１２…外部整合回路
１３…接地電極
１４…イヤホン端子
１５…イヤホンコード
１６…チョークコイル
１７…スイッチ
２１…整合回路
２２…整合回路
２３…スイッチ
２４…分波器
１０１，１０２…携帯通信端末

Claims (1)

1. ロッドアンテナまたはホイップアンテナと、イヤホン端子と、周波数帯の異なった複数の放送信号または通信信号を受信する受信回路と、を備えた携帯通信端末において、
   前記携帯通信端末の内部に備えられた基準電位の電極と前記イヤホン端子との間に、前記基準電位の電極と前記イヤホン端子との間の導通／遮断を切り替えるスイッチが設けられていて、
   導線が内蔵されているイヤホンコードが前記イヤホン端子に接続され、且つ前記スイッチが導通状態であるとき、前記基準電位の電極に前記導線が電気的に接続されることを特徴とする携帯通信端末。

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