JP5476068B2 - 携帯無線機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯無線機器に関し、特に人体の電力比吸収率の低減に関する。

携帯電話機に代表される携帯無線機器では、無線信号の送受信にあたり、高強度のマイクロ波を発することによって熱を生じさせ人体に影響を与える可能性がある。そのため、携帯電話機では、人体の電力比吸収率（以下、ＳＡＲと記載する（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate））がなるべく低いことが望ましい。
携帯電話機においては、局所ＳＡＲという値が用いられ、当該局所ＳＡＲが所定の規定値内に収まることが求められる。局所ＳＡＲとは、人体が電磁波にさらされることによって、人体の任意の１０ｇあたりの組織に６分間に吸収されるエネルギーの平均値を言う。なお、局所ＳＡＲの単位は、Ｗ／ｋｇとなっている。

この局所ＳＡＲの規定値は、各国毎に定められており、例えば、日本の場合だと、２．０Ｗ／ｋｇ以下になるように、また、アメリカ合衆国の場合だと、人体組織１０ｇあたりではなく人体組織１ｇあたり１．６Ｗ／ｋｇ以下になるように無線機器を設計することが義務付けられている。
特許文献１には、アンテナの共振周波数をずらすことで、局所ＳＡＲを低減する技術が開示されている。また、特許文献２では、２つのアンテナ、即ち、送信用アンテナと受信アンテナと二つのアンテナ素子を、両アンテナの放射特性が互いに直交するように設けることで、干渉による局所ＳＡＲを低減する技術が開示されている。

特開２００２−２１７６３７号公報 特表２００２−５２６９５６号公報

ところで、上述のように、局所ＳＡＲを低減できる技術はあるものの、携帯無線機器を設計するに当たって、なお、局所ＳＡＲを低減できれば良いというのは、言うまでもない。
そこで、本発明に係る携帯無線機器では、そのような局所ＳＡＲの低減を上述の特許文献１や特許文献２とは異なる手法を以って実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、筐体内の基板から離間してアンテナ構造体が設けられ、前記基板上の通信回路の増幅段から、前記アンテナ構造体近傍まで配線パターンが延長形成され、延長端において配線パターンと前記アンテナ構造体とが導電性部材を介在させて接続された携帯無線機器であって、前記配線パターンは、その延長端における線幅が前記増幅段側に接続される部分における線幅よりも幅広に形成されていることを特徴としている。

上述のような構成によって、携帯無線機器では、アンテナ構造体が直接接続されている配線部分においては、その配線が幅広に設定されている。これによって、配線パターンの一部分に一度に電流が集中することを抑制でき、上述の延長端において電流を拡散できるので、局所ＳＡＲの低減を実現できる。

携帯電話機の外観図である。 携帯電話機の分解斜視図である。 携帯電話機の基板とアンテナの配置を側面から見た場合の構成を示す図である。 アンテナの構成を示す三面図である。 基板とアンテナと給電バネとを示す斜視図である。 アンテナが配される側の基板のアンテナと接続する給電バネが配される部分の平面拡大図である。 延長端のサイズに応じたＳＡＲの実測値を示す表である。 延長端の形状を円状にした場合の基板の平面図である。 延長端を円状にした場合のＳＡＲの実測値を示す表である。 その他の延長端の形状を示す平面図である。 従来のアンテナが配される側の基板のアンテナと接続する給電バネが配される部分の平面図である。

以下、本発明に係る携帯無線機器の一実施形態である携帯電話機について図面を用いて説明する。
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、携帯電話機１００の外観図を示している。図１に示すように携帯電話機１００はストレートタイプの携帯電話機である。

図２は、携帯電話機１００を分解した斜視図を示している。図２に示すように、携帯電話機１００は、第１カバー１０１と第２カバー１０２と基板１１０とアンテナ構造体（以下、アンテナ構体と記載）１３０が配されているアンテナ配置部材１２０とを含んで構成され、基板１１０とアンテナ配置部材１２０とは、第１カバー１０１と、第２カバー１０２とによって覆われている。図示していないが基板１１０は、多層基板であり、携帯電話機１００に必要とされる各種回路、部品が配され、各回路や部品を接続する配線パターンが張り巡らされている。アンテナ配置部材１２０は、絶縁性の部材であり、主に合成樹脂などから成る。

図３は、携帯電話機１００の図２に示す分解した状態を右から見た状態を示す図であり、基板１１０とアンテナ配置部材１２０との配置関係を示している。
アンテナ構体１３０からは、強力な無線信号が出力されるため、局所ＳＡＲの低減のためには、なるべく人体から離れる方向に配するのが望ましいので、アンテナ構体１３０は、基板上ではなく、携帯電話機１００の筐体内部であって、通話を行なうときの使用形態において人体から遠ざかる方向に、基板から可能な限り離されて配される。

図４はアンテナ構体１３０とアンテナ配置部材１２０の構成を示す三面図である。図４に示す上段の図がアンテナ配置部材１２０の基板１１０に近接する側を示しており、下段の図がその反対側を示している。
図４に示すように、アンテナ構体１３０は、励振素子１３１と給電部１３２とからなり、給電部１３２は、アンテナ配置部材１２０の一表面から側面、他の一表面へと回り込む状態で形成される。励振素子１３１は、前記一表面上に、送受信する信号の波長の１／４波長となる所定の長さに渡って設けられる。

図３に戻って、説明を続ける。アンテナ構体１３０が発信する信号は基板１１０上に配されている通信回路で生成されるので、基板１１０の配線パターンからアンテナ構体１３０に信号を伝達するために、基板１１０の通信信号が伝送される配線パターンと、アンテナ構体１３０の給電部１３２とを接触させるための給電バネ１４０が基板１１０上の配線パターンに半田付けされている。給電バネ１４０は導電性の部材であり、図３に示すようにアンテナ構体１３０の給電部１３２と接触するように構成される。なお、図４で言えば、上段の図に示す給電部１３２に給電バネ１４０は接触する。

図５は、組み付け前における基板１１０とアンテナ配置部材１２０とを示している。
図５に示すように、基板１１０上には、通信回路１１１が配され、通信回路１１１から、増幅段たるパワーアンプ１１２を経由して、配線パターン１６０が、アンテナ構体１３０の近傍にまで沿線されている。配線パターン１６０の延長端１５０は、図５から理解されるように、配線幅を拡張して形成されている。本明細書において延長端１５０というときは、給電バネ１４０を配置する領域のことをいう。つまり、延長端１５０は、延長端と銘打っているものの完全に配線パターン１６０の端というわけではなく、図５に示すように配線パターン１６０のパワーアンプ１１２とは反対側の端から給電バネ１４０を配するに足る一定範囲内も含むことに留意すべきである。

図６は、図５に示した状態の基板１１０を上から見た場合の平面図である。図６に示すように実施の形態１に示す延長端１５０は、Ｌ×Ｍの方形状に形成されている。Ｌ及びＭの寸法については後述する。
延長端１５０は、配線パターン１６０の一部である以上、導電性の部材（例えば、銅（銅箔））で構成されており、その形状や、大きさによってはアンテナとして作用してしまう可能性は否めない。そこで、延長端１５０には、次の制限が設けられる。即ち、給電バネ１４０とアンテナ構体１３０の給電部１３２との接点１４１から基板１１０に垂線を下ろしたと仮定して場合の当該垂線と基板１１０との交点から、延長端１５０の最も遠い端部までの長さ（図６の矢印１４２）が、アンテナ構体１３０で送受信される信号の波長の１／２０以下であるという制限である。

これは、アンテナ構体１３０の励振素子１３１の長手方向の長さを通常、アンテナ構体１３０で送受信する信号の波長の１／４波長の長さになるように構成することを考慮し、信号の送受信時に影響を与えることがないであろう長さとして、１／４波長の２割までの長さと定めた結果、１／４ × ０．２ ＝ １／２０以下としたものである。
このように、配線パターン１６０のパワーアンプ１１２と接続される部分とは反対側の端部を拡張して形成される延長端１５０を構成することで、実施の形態１に示す携帯電話機は局所ＳＡＲの低減を実現する。なお、図５や図６には、通信回路１１１とパワーアンプ１１２のみを記載しているが、これらの間にその他の素子や回路が介在してもよい。
＜考察＞
ここでは、上述したように延長端１５０を方形に拡張した場合の局所ＳＡＲの低減効果について説明する。

なお、局所ＳＡＲの低減効果について説明するに当たり従来の延長端の形状について、図１１を用いて説明しておく。従来においては、延長端１５０は、単純に配線パターンの一部でしかなく、そこまでの配線パターンと同一の幅を有するのみであった。図１１に示すとおり、従来の延長端１５０は、約１ｍｍ×３ｍｍ（Ｌ＝１ｍｍ、Ｍ＝３ｍｍ）の領域に給電バネ１４０が半田付けされており、当該給電バネ１４０を介してアンテナに無線信号が伝送される構成になっていた。

では、従来の延長端１５０が１ｍｍ×３ｍｍの方形の場合と比することで、延長端１５０を方形に拡張した場合の局所ＳＡＲの低減の効果について図７を用いて説明する。
図７は、延長端１５０の各サイズにおける局所ＳＡＲの実測値を示している。図７に示す表は、自由空間における総放射電力（図７のTRP Free Space[dBm]）と、携帯電話機１００を人の左頬にあてた状態、即ち電話をしている状態での局所ＳＡＲの実測値（図７のSAR[W/kg]@Touch left）、及び、ＴＲＰが２０ｄＢｍでのデシベル換算値（図７のSAR[W/kg]@Touch left 20dBm換算）を示している。なお、総放射電力は全放射電力と呼称されることもある。また、局所ＳＡＲのＴＲＰが２０ｄＢｍでのデシベル換算値を示しているのは、総放射電力にばらつきがあるため、２０ｄＢｍ換算にすることで比較を容易にするためである。以下、ＴＲＰが２０ｄＢｍでのデシベル換算値を「２０ｄＢｍ換算値」と記載する。

図７においては、２５チャンネル（１８５１．２５ＭＨｚ）、６００チャンネル（１８８０．００ＭＨｚ）、１１７５チャンネル（１９０８．７５ＭＨ）における実測値を示した。また、当該実測値は、延長端１５０（Ｌ×Ｍ）のサイズをそれぞれ、１ｍｍ×３ｍｍ、３ｍｍ×３ｍｍ、４ｍｍ×４ｍｍ、５ｍｍ×５．５ｍｍとした場合の実測値である。なお、１ｍｍ×３ｍｍの実測値は従来の携帯電話機のものとなる。

まず、従来の延長端の場合、即ち、延長端１５０が１ｍｍ×３ｍｍの場合、総放射電力は、２５チャンネルの場合で、２２．２ｄＢｍとなっており、このときの局所ＳＡＲは、２０ｄＢｍ換算値で、０．９２Ｗ／ｋｇとなっている。一方、本発明のように延長端１５０を拡張していった場合、３ｍｍ×３ｍｍ、４×４ｍｍ、５×５ｍｍの場合でそれぞれの総放射電力は、順に、２２．３ｄＢｍ、２２．０ｄＢｍ、２２．１ｄＢｍとそれほど変化がないものの、局所ＳＡＲは、２０ｄＢｍ換算値で、０．７８Ｗ／ｋｇ、０．７８Ｗ／ｋｇ、０．７１Ｗ／ｋｇと従来の局所ＳＡＲよりも減じている。

図７の局所ＳＡＲの２０ｄＢｍ換算値の下には、各チャンネルにおけるそれぞれのサイズの延長端と、従来の場合との差分値を記載しているが、２５チャンネルの１−０欄にあるように、延長端１５０を３ｍｍ×３ｍｍの方形にした場合には、０．１４Ｗ／ｋｇの局所ＳＡＲの低減に成功していることは明確である。６００チャンネルや、１１７５チャンネルの場合にも、それぞれ０．０８Ｗ／ｋｇ、０．２２Ｗ／ｋｇだけ局所ＳＡＲが低減していることが理解できる。

そのほかの、延長端１５０を４ｍｍ×４ｍｍの方形にした場合でも、図７の２−０欄に示すように、同様に、２５チャンネル、６００チャンネル、１１７５チャンネルそれぞれにおいて、０．１４Ｗ／ｋｇ、０．１７Ｗ／ｋｇ、０．２５Ｗ／ｋｇと局所ＳＡＲの低減に成功している。
これは、延長端１５０を５ｍｍ×５．５ｍｍにした場合であっても同様で、図７の３−０欄に示すように、２５チャンネル、６００チャンネル、１１７５チャンネルそれぞれにおいて、０．２１Ｗ／ｋｇ、０．２１Ｗ／ｋｇ、０．２８Ｗ／ｋｇと局所ＳＡＲの低減に成功している。

このことから概して、延長端１５０の拡張の度合いが大きければ大きいほど、局所ＳＡＲはより多く低減の効果が見込めるということになる。
＜実施の形態２＞
上記実施の形態においては、延長端を方形のものとして、説明したが、これは別に配線パターン幅を一律、均等に広げて設ける必要はない。本実施の形態２においては、延長端を別の形状にした場合について説明する。
＜構成＞
図８は、基板１１０において、延長端１５０を円形にした場合の基板１１０の平面図を示している。

図８に示すように、実施の形態２に係る延長端１５０は、給電バネ１４０とアンテナ構体１３０の給電部１３２との接点から基板１１０に垂線を下ろしたと仮定した場合の当該垂線と基板１１０との交点を中心とする円状になっている。当該円の半径は、実施の形態１にも示したように、送受信する信号の波長の１／２０波長以下であることが望ましい。なお、円の半径に対する制限として記載したが、これは、延長端１５０が給電バネ１４０とアンテナ構体１３０の給電部１３２との接点から基板１１０に垂線を下ろしたと仮定した場合の当該垂線と基板１１０との交点を中心とする円状になっているからこその制約であり、前記交点から、円の中心からずれる場合には、当該交点から延長端１５０の最も遠い端部までの距離に対する制限となる。
＜考察＞
では、このように延長端１５０を円形にした場合の局所ＳＡＲの低減効果について説明する。

表の形式は、図７に示したものと同様であるので、各項目についての詳細については、ここでは省略する。
図９には、延長端１５０の半径を３ｍｍとした場合と、５ｍｍとした場合、そして、比較のために従来の延長端１５０を１ｍｍ×３ｍｍとした場合の、各チャンネルにおける、それそれの総放射電力と、局所ＳＡＲと、局所ＳＡＲの２０ｄＢｍ換算値を示している。

図９の１−０欄と、２−０欄にはそれぞれ、延長端１５０の半径を３ｍｍとした場合の従来との差分値と、半径を５ｍｍとした場合の従来との差分値とを示している。当該差分値を見ればわかるように、例えば、半径を３ｍｍとした場合には、局所ＳＡＲは２０ｄＢｍ換算値で、２５チャンネル、６００チャンネル、１１７５チャンネルのそれぞれで、順に０．２６Ｗ／ｋｇ、０．２２Ｗ／ｋｇ、０．２８Ｗ／ｋｇの低減効果がある。また、半径を５ｍｍとした場合には、局所ＳＡＲは２０ｄＢｍ換算値で、２５チャンネル、６００チャンネル、１１７５チャンネルのそれぞれで、順に０．３９Ｗ／ｋｇ、０．３５Ｗ／ｋｇ、０．４２Ｗ／ｋｇの低減効果がある。

延長端１５０の形状を円にした場合でも、やはり給電バネ１４０と、アンテナ構体１３０との接点から、延長端１５０の端部までの距離を長くとった方が局所ＳＡＲの低減効果が高くなると言える。
＜補足＞
上記実施の形態において、本発明を説明してきたが、本発明はこれに限られないことは勿論である。以下、上記実施形態以外に本発明として含まれる各種の変形例について説明する。
（１）上記実施形態においては、ストレートタイプの携帯電話機を例に説明したが、これは、ストレートタイプに限られず、基板において、アンテナの接点となる延長端において当該延長端の面積が従来よりも広く設けていればよく、折畳み型やスライド型の携帯電話機などであってもよい。
（２）上記実施の形態においては、基板とアンテナを接続するために給電バネと呼称する部材を用いたが、これは、基板とアンテナとを最短に近い経路で結べる部材であればよく、例えば１本の導電性のピンを延長端に半田付けし、当該ピンの他端がアンテナに接触するという構成をとってもよい。要するに、配線パターンの延長端１５０とアンテナ構体１３０を接続する導電性部材であれば、その形状は問わないものである。
（３）上記実施の形態においては、方形や円形の場合を説明してきたが、これは方形や円形に限らず、基板１１０上の延長端の給電バネとアンテナとの接点から最も遠い端部が、当該接点と端部間の距離がアンテナで送受信する信号の共振周波数から算出される波長の１／２０以下になっていればよい。

当該条件を満たすのならば、延長端の形状を例えば、楕円であったり、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すような形状にしてもよい。なお、図１０中において、各矢印は、給電バネ１４０とアンテナ構体１３０との接点から基板に垂線を下ろしたと仮定した場合の点と、当該点から延長端１５０の最も遠い端部とを結んでおり、当該矢印の長さが、アンテナ構体１３０で送受信する信号の波長の１／２０以下になっていればよい。

また、携帯電話機においては、図１０（ｄ）に示すように、アンテナの共振周波数を安定させるために、給電バネ１４０と対になる給電バネ１４５を設け、当該給電バネ１４５を接地させるという手法を用いることがある。当該給電バネ１４５はアンテナ構体１３０と接触するように構成されている。
給電バネ１４５は、導電性部材であり、延長端１５１に半田付けされている。そして、延長端１５１は、ベタグランド層とホールで接続されている。当該延長端１５１も、本来ならば、給電バネ１４５を設置できるだけのスペースがあればよいが、その面積を拡張することで、わずかなりとも局所ＳＡＲの低減を望める。

本発明に係る携帯無線機器は、ＳＡＲが低い携帯電話機として活用することができる。

１００ 携帯電話機
１０１ 第１カバー
１０２ 第２カバー
１１０ 基板
１１１ 通信回路
１１２ パワーアンプ（増幅段）
１２０ アンテナ配置部材
１３０ アンテナ構体
１３１ 励振素子
１３２ 給電部
１４０、１４５ 給電バネ（導電性部材）
１５０、１５１ 延長端
１６０ 配線パターン

Claims (4)

1. 筐体内の基板から離間してアンテナ構造体が設けられ、前記基板上の通信回路の増幅段から、前記アンテナ構造体近傍まで配線パターンが延長形成され、延長端において配線パターンと前記アンテナ構造体とが導電性部材を介在させて接続された携帯無線機器であって、
   前記配線パターンの延長端は、前記導電性部材を接続する領域に加えて電流を拡散する拡張領域を含んで形成されている
   ことを特徴とする携帯無線機器。
2. 前記配線パターンの延長端において、前記導電性部材と前記アンテナ構造体との接点から前記基板に垂線を下ろしたと仮定した場合の前記基板と前記垂線との交点から前記拡張領域の最も遠い端部までの長さが、送受信する信号の波長の１／２０以下の長さである
   ことを特徴とする請求項１記載の携帯無線機器。
3. 前記配線パターンの前記延長端は方形である
   ことを特徴とする請求項２記載の携帯無線機器。
4. 前記配線パターンの前記延長端は円形又は楕円形である
   ことを特徴とする請求項２記載の携帯無線機器。

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