JP5404888B1

JP5404888B1 - アンテナ装置を備えた電子機器

Info

Publication number: JP5404888B1
Application number: JP2012224931A
Authority: JP
Inventors: 浩之堀田; 晃一佐藤; 一平柏木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: WO2014057698A1; JP2014078820A

Abstract

【課題】複数のアンテナ間の干渉を低減し、これにより小さい実装スペースしか確保できない場合でも良好なアンテナ性能が得られるようにする。
【解決手段】実施形態に係るアンテナ装置は、無線回路ユニット及び接地部を含む第１の電子回路部品を内蔵する第１の筐体と、接地部を含む第２の電子回路部品を内蔵する第２の筐体とを、これらの第１の筐体と第２の筐体とを回動可能に接続するヒンジ機構と、同一の周波数帯域に対し共振する第１及び第２のアンテナとを具備する。そして、第１及び第２のアンテナは、上記ヒンジ機構の中間部にその長手方向に所定距離を隔てて並べて配置される。また上記ヒンジ機構は、その両端部の一方が電気的に導通状態に構成され、他方が電気的な導通を抑制された状態に構成される。
【選択図】図２

Description

この発明の実施形態は、アンテナ装置を備えた電子機器に関する。

ノート型パーソナル・コンピュータや携帯電話機に、３Ｇ／ＬＴＥ（Third-generation cellular phone／Long Term Evolution）、無線ＬＡＮ（Wireless Local Area Network）、或いはBluetooth（登録商標）等の無線ネットワークを利用するための無線インタフェースを内蔵させ、この無線インタフェースによりＷｅｂサイト等からコンテンツや各種データをダウンロードできるようにした電子機器が種々開発されている。

ところで、上記無線インタフェースに使用されるアンテナ装置の中に、空間ダイバーシチやＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を実現するためのアンテナ装置がある。空間ダイバーシチやＭＩＭＯは複数のアンテナを距離を隔てて並べて配置する。このため、電子機器内にアンテナ装置を収容する際には、アンテナが１個の場合に比べ広い収容スペースを確保する必要がある。

一方、ノート型パーソナル・コンピュータや携帯電話機等の電子機器は、筐体の小型薄型化や筐体デザインの向上のために、従来はディスプレイを備える上部筐体のディスプレイ上部にアンテナを配置していたのに対し、上部筐体とキーボード等を内蔵する下部筐体とを接続するヒンジ周辺に、複数のアンテナを並べて配置した電子機器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−７０３８６号公報

ところが、ヒンジ周辺にアンテナを配置した場合、ディスプレイ上部にアンテナを配置した場合と異なり、アンテナ間で干渉が発生して放射特性等のアンテナ性能が劣化することがある。特許文献１では、アンテナ間に無給電素子を介在配置することでアンテナ間のアイソレーションを維持している。しかし、電子機器がさらに小型化したり、或いはアンテナの数がさらに増えると、無給電素子を配置するスペースを確保することが困難になる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、無給電素子を使用することなく複数のアンテナ間の干渉を低減し、これにより小さい実装スペースしか確保できない場合でも良好なアンテナ性能が得られるようにした電子機器を提供することにある。

実施形態に係る電子機器は、無線回路ユニット及び接地部を含む第１の電子回路部品を内蔵する第１の筐体と、接地部を含む第２の電子回路部品を内蔵する第２の筐体と、これらの第１及び第２の筐体の端部を回動可能に接続するヒンジ機構と、前記第２の筐体側に配置され、前記無線回路ユニットに接続される第１及び第２の給電点と、同一の周波数帯域に対し共振する第１及び第２のアンテナとを具備する。そして、第１及び第２のアンテナは、上記ヒンジ機構の中間部又は前記端部に、その長手方向に所定距離を隔てて並べて配置されると共に、それぞれ前記第１及び第２の給電点にそれぞれ接続される。また上記ヒンジ機構は、その両端部の一方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的に導通状態に構成し、他方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的な導通を抑制された状態に構成する。

第１の実施形態に係る電子機器の外観を示す斜視図。図１に示した電子機器の構成を模式的に示した図。図２に示した電子機器におけるアンテナ電流の流通経路を示す図。図２に示した主アンテナの放射特性を、上部筐体と下部筐体との間を主アンテナ側及び補助アンテナ側のいずれも導通状態にした場合の特性と比較して示した図。上部筐体と下部筐体との間を主アンテナ側及び補助アンテナ側のいずれも導通状態にした電子機器の構成を模式的に示した図。図２に示した主アンテナの不整合損失を加味した放射効率（トータル放射効率）を、上部筐体と下部筐体との間を主アンテナ側及び補助アンテナ側のいずれも導通状態にした場合の特性と比較して示した図。図２に示した主アンテナの動作を説明するためのスミスチャート。第２の実施形態に係る電子機器の構成を模式的に示した図。図８に示した電子機器においてキャパシタの容量を可変したときの主アンテナの放射効率を示す図。第３の実施形態に係る電子機器の高周波ケーブル配線構造を模式的に示した図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る電子機器の外観を示す斜視図である。
この電子機器は、例えばＵＬＴＲＡＢＯＯＫ（登録商標）と呼ばれるノート型パーソナル・コンピュータ１からなり、キーボード１１１が設置された下部筐体１１と、ディスプレイ１２１が配置された上部筐体１２とを、ヒンジ機構１３により回動可能に接続したものとなっている。

下部筐体１１内には、ＣＰＵやメモリ群、各種インタフェース群を含む電子回路ユニットと、無線回路ユニット及び接地板が収容されている。接地板は、金属筐体の一部を利用したものや銅箔等の金属部材を用いたもの、金属の接地パターンが形成された印刷配線基板や積層基板により構成される。上部筐体１２はディスプレイ１２１を支持するために枠型に構成される。

ヒンジ機構１３は、上部筐体１２に突設された筒状の係合部と、下部筐体１１の両端部に突設された筒状の係合部とを回動可能に軸着したものとなっている。各係合部は中空部を備え、この中空部を通して、上部筐体１２内の電子部品と下部筐体１１内の電子回路ユニットとを接続するための信号ケーブルが配線される。また、後述するアンテナ装置と上記無線回路ユニットとの間を接続する高周波ケーブル（同軸ケーブル）も、上記各係合部の中空部を通すことで配線される。

ヒンジ機構１３の上記中空部内にはアンテナ装置が収容される。アンテナ装置は、図２に示すように第１のアンテナ３１と第２のアンテナ３２を、上記中空部内にその長手方向に所定の距離を隔てて配置したものである。第１及び第２のアンテナ３１，３２は、同一の第１の周波数帯域に対し共振するようにその素子長が設定され、これにより例えばＬＴＥ又は無線ＬＡＮに対応するＭＩＭＯアンテナとして動作する。なお第１及び第２のアンテナ３１，３２は、同一の周波数帯で共振するように設定されているが、アンテナ素子の形状は異なっていても良い。
また、アンテナ装置は、必ずしもヒンジ機構１３の中空部内に設けられていなくとも良く、少なくとも、上部筐体１２の４辺（端部）のうち下部筐体１１との接続部分側の辺の近傍、又は下部筐体１１の４辺のうち上部筐体１２との接続部分側の辺の近傍に、辺に対して並設するよう設けられていれば良い。

また、第１及び第２のアンテナ３１，３２は、上記第１の周波数帯域とは別の第２の周波数帯域に対しても共振するように構成され、これにより例えば上記ＬＴＥのアンテナは３GやGPS、無線LANのアンテナは２．５GHｚ帯と５GHｚ帯に対応する多共振アンテナとして動作する。ここでは、第１のアンテナ３１を３Ｇ及びＬＴＥに対応する主アンテナ（ＭＡＩＮアンテナ）とし、また第２のアンテナ３２を３G及びＬＴＥの受信帯のみに対応する補助アンテナ（ＡＵＸアンテナ）として使用する。なお、第１のアンテナ３１と第２のアンテナ３２の機能分担は、上記例に限らずその他の組み合わせでもよい。

例えば、第１及び第２のアンテナ３１，３２はいずれも逆Ｌ型をなすモノポール素子を有する。モノポール素子は、その基端部がそれぞれ給電端子３３，３４に接続され、先端部は開放されている。給電端子３３，３４はそれぞれ下部筐体１１の両端部に突設された係合部に近い位置に配置されている。このため、上記第１及び第２のアンテナ素子３１，３２は、開放端部が互いに向かい合うような状態に配置される。なお、第１及び第２のアンテナ素子３１，３２は、開放端部が同一方向を向くように配置しても、また互いに反対方向を向くように配置してもよい。

ところで、ヒンジ機構１３の両端に夫々設けられる係合部のうち、上記第１のアンテナ３１が配置された側の係合部は図２に示すように導通部３５を有し、この導通部３５により下部筐体１１内の接地板と上部筐体１２内の接地板とが電気的に導通状態となるように構成される。一方、ヒンジ機構１３の両端側の係合部のうち、上記第２のアンテナ３２が配置された側の係合部は、下部筐体１１内の接地板と上部筐体１２内の接地板とが電気的に非導通状態となるように構成される。具体的には、ヒンジ機構１３のねじ穴のボスに導電材料を使用すること等により導通状態とし、また係合部の接合部位に絶縁テープを貼付すること等により非導通状態に構成する。

このような構成であるから、第１及び第２のアンテナ３１，３２をＭＩＭＯアンテナとして動作させている状態で、第１のアンテナ３１の給電端子３３から上部筐体１２の接地板に流出したアンテナ電流Ｉは、図３に示すようにヒンジ機構１３の導通部３５を介して下部筐体１１の接地板に流れる。しかし、ヒンジ機構１３の第２のアンテナ３２側の係合部は非導通状態となっているため、上記アンテナ電流Ｉは第２のアンテナ３２の給電端子３４に吸収され難くなる。したがって、第１及び第２アンテナ３１，３２間のアイソレーションは改善され、これにより特に主アンテナである第１のアンテナ３１及び補助アンテナである第２のアンテナ３２の放射特性は改善される。

なお、例えば図５に示すようにヒンジ機構１３の両端部をいずれも導通部３５，３６により導通状態にすると、第１のアンテナ３１の給電端子３３から流出したアンテナ電流Ｉは、ヒンジ機構１３の導通部３５を介して下部筐体１１の接地板に流れた後、ヒンジ機構１３の導通部３６を介して第２のアンテナ３２の給電端子３４に吸収される。このため、第１のアンテナ３１の放射効率は劣化する。

図４は、第１の実施形態におけるヒンジ機構１３の第２のアンテナ３２側の係合部を非導通状態に構成した場合の第１のアンテナ（主アンテナ）３１の放射特性Ｍと第２のアンテナ（補助アンテナ）３２の放射特性Ａ、図５に示したようにヒンジ機構１３の両端側の係合部をいずれも導通部３５，３６により導通状態にした場合の第１のアンテナ（主アンテナ）３１の放射特性Ｎとを対比して示した図である。なお、同図では不整合損失を考慮しない場合の放射効率の解析結果を示している。同図から明らかなように、送受信しようとするターゲット共振帯域Ｂ（０．７〜０．９６GHz）において、主アンテナである第１アンテナ３１及び補助アンテナである第２のアンテナ３２の放射効率は大幅に改善される。

さらに第１の実施形態では、第１のアンテナ３１の給電端子３３から流出したアンテナ電流Ｉが、図３に示したようにヒンジ機構１３の導通部３５を介して下部筐体１１の接地板に流れる。このため、ヒンジ機構１３の導通部３５及び下部筐体１１の接地板が第１のアンテナ３１に対し大きな無給電素子として機能することになり、これによりこの無給電素子として動作する筐体構造による新たな共振が発生し、第１のアンテナ３１の広帯域化が可能となる。

図６は第１のアンテナ３１のトータル放射効率の周波数特性を示し、また図７はそのスミスチャートを示すものである。図６及び図７に示すように、ヒンジ機構１３の第２のアンテナ３２側の係合部を非導通状態に構成したときの第１のアンテナ（主アンテナ）３１のトータルの放射特性Ｐによれば、第１のアンテナ３１による共振Ｐ２，Ｑ２に加え、筐体構造による共振Ｐ１，Ｑ１がそれぞれ得られる。

ちなみに、図５に示したようにヒンジ機構１３の両端部をいずれも導通部３５，３６により導通状態にした構成では、第１のアンテナ３１の給電端子から流出したアンテナ電流は導通部３５，３６及び下部筐体１１の接地板を経由して第２のアンテナ素子３２の給電端子３４に流れ込んでしまうため、導通部３５及び下部筐体１１の接地板は無給電素子として機能せず、筐体構造による共振は発生しない。したがって、第１のアンテナ３１の広帯域化は図れない。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る電子機器の構成を模式的に示した図である。
図８に示すように、第２の実施形態に係る電子機器は、非導通状態に構成したヒンジ機構１３の第２のアンテナ３２側の係合部にキャパシタ３７を設け、このキャパシタ３７により下部筐体１１の接地板と上部筐体１２の接地板との間を接続している。このキャパシタの容量値は、例えば、ヒンジ機構の係合部と下筐体との構造により調整するものとする。

図９は、キャパシタ３７の容量をパラメータとしたときの、周波数に対する第１のアンテナ素子３１の放射効率の変化を示したものである。同図に示すように、０．７〜０．９６GHzを共振帯域とすると、キャパシタ３７の容量を２pF以下に設定すれば、非導通状態とほぼ同程度の放射効率が得られる。

［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態に係る電子機器における高周波ケーブルの配線構造を示す図である。なお、同図において前記図２と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第１及び第２のアンテナ３１，３２用の給電端子３３，３４は、ヒンジ機構１３の両端側に位置する係合部の近傍位置に配置されている。逆Ｌ型モノポール素子からなる第１及び第２のアンテナ３１，３２は、その開放端が互いに向き合うように配置されている。上記給電端子３３，３４と間を接続する高周波（ＲＦ）同軸ケーブル４１，４２は、それぞれ給電端子３３，３４から上部筐体１２内をその両側部方向に引き出された後、ヒンジ機構１３の両端側の係合部内を通して下部筐体１１内に導かれ、下部筐体１１内の左右方向のほぼ中央部に配置された無線回路ユニット４０に接続される。

このような構成であるから、各高周波同軸ケーブル４１，４２はいずれも第１及び第２のアンテナ３１，３２と重なることなく配線される。このため、第１及び第２のアンテナ３１，３２に対する高周波同軸ケーブル４１，４２の干渉を小さく抑えることができ、これにより共振周波数が所望の値からずれてしまったり、また所望のアンテナ効率が得られなくなるといった不具合を回避することができる。

［その他の実施形態］
前記各実施形態では、第１及び第２のアンテナとして逆Ｌ型モノポール素子を用いた場合を例にとって説明したが、折り返し型モノポール素子や無給電素子、逆Ｆ型素子等のその他のアンテナ素子を単独又は組み合わせて使用してもよい。

また、前記実施形態では、３Ｇ／ＬＴＥの無線信号を送受信する場合を例にとって説明したが、無線ＬＡＮ／ＢＴ等の他の無線システムが使用する無線信号を送受信する場合にも適用できる。さらに、電子機器はヒンジ機構を持つものであれば、ノート型パーソナル・コンピュータ以外に、携帯電話機、ゲーム機、電子辞書等であってもよい。その他、電子機器の種類や構成、ヒンジの構成、ヒンジの係合部の一方を非導通状態にするための具体的な手段等については、種々変形して実施できる。

また、上記実施形態においては、ヒンジの係合部の一方を非導通状態にするとして説明したが、ヒンジの係合部の一方は必ずしも非導通でなくとも良い。例えば、第１のアンテナ３１が配置された側の係合部における導電性よりも、第２のアンテナ３２が配置された側の係合部における導電性が低くなるように係合部に導通を抑制する抑制部材を設ければ、ある程度の効果が見込める。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…携帯型パーソナル・コンピュータ、１１…下部筐体、１２…上部筐体、１３…ヒンジ、１１１…キーボード、１２１…液晶表示器、３１…第１のアンテナ（主（ＭＡＩＮ）アンテナ）、３２…第２のアンテナ（補助（ＡＵＸ）アンテナ）、３３，３４…給電端子、３５，３６…導通部、３７…キャパシタ、４０…無線回路ユニット、４１，４２…高周波ケーブル。

Claims

無線回路ユニットを含む第１の電子回路部品を内蔵する第１の筐体と、
第２の電子回路部品を内蔵する第２の筐体と、
前記第１の筐体と第２の筐体の端部とを回動可能に接続するヒンジ機構と、
前記第２の筐体側に配置され、前記無線回路ユニットに接続される第１及び第２の給電点と、
前記ヒンジ機構の中間部又は前記端部に、長手方向に所定距離を隔てて並べて配置され、前記第１及び第２の給電点にそれぞれ接続され、同一の周波数帯域に対し共振する第１及び第２のアンテナと
を具備し、
前記ヒンジ機構は、その両端部の一方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的に導通状態に構成し、他方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的な導通を抑制された状態に構成してなる電子機器。
無線回路ユニットを含む第１の電子回路部品を内蔵する第１の筐体と、
第２の電子回路部品を内蔵する第２の筐体と、
前記第１の筐体と第２の筐体の端部とを回動可能に接続するヒンジ機構と、
前記無線回路ユニットから前記ヒンジ機構を介して前記第２の筐体側に配線された高周波ケーブルと、
前記ヒンジ機構の中間部又は前記端部に、長手方向に所定距離を隔てて並べて配置され、前記高周波ケーブルを介して前記無線回路ユニットに接続され、同一の周波数帯域に対し共振する第１及び第２のアンテナと
を具備し、
前記ヒンジ機構は、その両端部の一方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的に導通状態に構成し、他方が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的な導通を抑制された状態に構成してなる電子機器。
前記第１のアンテナが主アンテナ、前記第２のアンテナが補助アンテナとしてそれぞれ使用される場合に、
前記ヒンジ機構は、その両端部のうち、前記第１のアンテナに近い側の端部が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的に導通状態に構成し、前記第２のアンテナに近い側の端部が前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部とを電気的な導通を抑制された状態に構成してなる請求項１又は２に記載の電子機器。
前記ヒンジ機構の両端部のうち電気的に非導通状態に構成される側に設けられ、前記第１の筐体内の接地部と前記第２の筐体内の接地部との間を予め設定した容量で電気的に結合する機構を、さらに具備する請求項１乃至３の何れかに記載の電子機器。
前記第１及び第２のアンテナは、それぞれ前記ヒンジ機構の両端部に近い位置に給電点を配置してなる請求項１乃至４の何れかに記載の電子機器。
前記第１及び第２のアンテナは、互いの開放端が互いに向き合う、請求項１乃至５の何れかに記載の電子機器。
前記第１のアンテナと前記無線回路ユニットとを、前記ヒンジ機構の一端を介して接続する第１の高周波ケーブルと、
前記第２のアンテナと前記無線回路ユニットとを、前記ヒンジ機構の他端を介して接続する第２の高周波ケーブルと、
を備える、請求項１乃至６の何れかに記載の電子機器。