JP5482969B2 - 通信端末装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、通信端末装置、特に、携帯電話などの移動体通信端末装置及びその製造方法に関する。
近年、プリント配線板に金属薄板からなる板金アンテナを搭載した移動体通信端末装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種のプリント配線板の一方主面には導体、磁性体及び/又は誘電体を含むコネクタ、キーパッド、スピーカなどの部品が搭載されており、板金アンテナは他方主面に配置されている。板金アンテナは、搭載部品の金属部分などからの影響を少なくするため、即ち、金属部分と板金アンテナとの容量などによる結合を最小限に抑えるため、板金アンテナの主面がプリント配線板の主面に対して垂直となるように配置されている。
しかしながら、前記板金アンテナと給電回路とを接続する接続ラインはプリント配線板上を引き回されており、給電回路の配置位置や接続ラインの引き回し状態によっては、接続ラインと搭載部品とが結合してしまい、結果的に、必要とするアンテナ特性が得られないという問題点を有していた。
特開2006−13623号公報
本発明の目的は、プリント配線板に搭載した放射板と搭載部品との結合を極力抑制し、アンテナ特性の劣化を防止できる通信端末装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の第1の形態である通信端末装置は、
筺体内に設けられたプリント配線板と、
前記プリント配線板の一方主面側に設けられた給電パターンと、
前記プリント配線板の一方主面に対してほぼ垂直に配置されたほぼ平板状の放射部、及び、該放射部を前記給電パターンに接続するための引出し部を有する放射板と、
前記プリント配線板の他方主面に、前記引出し部とは該他方主面を平面視したときに重なる領域に設けられた導体、磁性体及び/又は誘電体を含む搭載部品と、
を備え、
前記放射部は前記プリント配線板の一方主面に対して離れた側にて前記引出し部に接続されており、
前記引出し部は、前記プリント配線板の一方主面を平面視したときに前記搭載部品と重なる領域では、前記プリント配線板の一方主面とは所定のギャップを介して配置されていること、
を特徴とする。
前記通信端末装置においては、プリント配線板の一方主面に設けた給電パターンと放射板とを接続する引出し部が、プリント配線板の一方主面を平面視したときに搭載部品と重なる領域では、プリント配線板の一方主面に対して所定のギャップを介して配置されている。それゆえ、引出し部と搭載部品に含まれる導体、磁性体及び/又は誘電体との結合が最小限に抑えられ、アンテナ特性の劣化が防止されることになる。
本発明の第2の形態である製造方法は、前記通信端末装置の製造方法であって、前記引出し部を吸着ノズルによって吸着させて前記プリント配線板に搭載すること、を特徴とする。
前記製造方法によれば、放射板を自動的にプリント配線板に搭載することができ、アンテナ特性の劣化を防止できる通信端末装置を容易に製造することができる。
本発明によれば、プリント配線板に搭載した放射板と搭載部品との結合を極力抑制し、アンテナ特性の劣化を防止できる。
第1実施例である通信端末装置を示す斜視図である。 (A)は第1実施例である通信端末装置のプリント配線板の裏面図、(B)はその表面図である。 第1実施例である通信端末装置においてプリント配線板と放射板とを示す斜視図である。 前記放射板をプリント配線板に搭載した状態を示す断面図である。 第1実施例である通信端末装置のアンテナ回路を示すブロック図である。 第2実施例である通信端末装置の要部を示す斜視図である。 第2実施例である通信端末装置において放射板をプリント配線板に搭載した状態を示す断面図である。 第2実施例の一変形例である通信端末装置を示す断面図である。 第3実施例である通信端末装置の要部を示す斜視図である。 第3実施例である通信端末装置の製造工程を示す断面図である。 第4実施例である通信端末装置を示す斜視図である。 第4実施例である通信端末装置において放射板をプリント配線板に搭載した状態を示す断面図である。 (A)はインピーダンス変換回路の第1例を示すブロック図、(B)はその等価回路図である。 (A)はインピーダンス変換回路の第2例を示すブロック図、(B)はその各コイル素子の配置を示す等価回路図である。 (A)は図14(B)に示した等価回路を基にしてインピーダンス変換回路のトランス比を示す回路図、(B)はその動作説明図である。 インピーダンス変換回路の第3例を多層基板に構成した場合の各層の導体パターンを示す斜視図である。 図16に示した導体パターンにて形成されたコイル素子を通る主な磁束の説明図である。 インピーダンス変換回路の第4例を示すブロック図である。
以下、本発明に係る通信端末装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図面において、同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
(第1実施例、図1〜図5参照)
第1実施例である通信端末装置1Aは、デュアルバンド、トリプルバンド、クワッドバンド、ペンタバンドなどのマルチバンドに対応可能な端末装置であって、LTE(Long Term Evolution)のような広帯域のシステムにも対応可能である。
この通信端末装置1Aは、図1に示すように、直方体形状の筺体2を有し、該筺体2の表面側には図示しない電源回路、制御回路などの各種機能回路を搭載したプリント配線板5が設けられている。プリント配線板5には、さらに、図示しないチップ型の能動部品や受動部品が実装されているほか、これらの電子部品を接続するための配線パターンが設けられている。
プリント配線板5の一方主面(裏面)側には、広面積のグランドパターン6や給電パターン7,8が設けられ、放射板10が搭載されている。給電パターン8は給電回路20とインピーダンス変換回路25とを接続している。給電パターン7はインピーダンス変換回路25と放射板10と接続している。給電パターン7,8はグランドパターン6とは絶縁されていることは勿論である。
アンテナ回路の概略を図5に示す。なお、インピーダンス変換回路25については後に詳述する。
放射板10は、1枚の金属薄板から折曲げ加工によって形成されたもので、プリント配線板5の主面に対してほぼ垂直に配置された平板状の放射部11、及び、該放射部11を給電パターン7に接続するための引出し部12を有している。放射板10の素材としては、りん青銅が用いられ、ニッケル、銀、金などをめっきした銅、アルミ、ステンレスであってもよい。放射部11はプリント配線板5の主面に対して離れた位置、即ち垂直方向の上縁部にて引出し部12に接続されている。より詳しくは、放射部11は、プリント配線板5の主面と平行に沿う長辺方向と、該主面に垂直な方向に沿う短辺方向とを有し、長辺方向の両端が開放端とされ、かつ、長辺方向のほぼ中央部にて引出し部12と接続されている。
プリント配線板5の他方主面(表面)側には、図示しないカメラや図4に示すキーパッド30が設けられている。キーパッド30は、例えば、通信端末装置1Aの電源のオン、オフ用のスイッチであり、導体膜で形成された接点部材31,32と樹脂フィルム33で構成されている。導体や誘電体を含むキーパッド30は図2に示すように、プリント配線板5の主面に、引出し部12とは平面視で重なる領域に設けられている。引出し部12は平面視でキーパッド30と重なる領域ではプリント配線板5の主面とは所定のギャップG(図4参照)を介してほぼ平行に配置されている。
放射板10は、放射部11の下縁部に形成した突起状の固定部11aを有し、該固定部11aがプリント配線板5の主面に形成した凹部5aに嵌合されることで固定される。引出し部12の一端12aは給電パターン7の穴部7aを介してプリント配線板5の主面に形成した凹部5bに挿入され、給電パターン7とはんだ付けされることで接続/固定される。
放射部11は、高周波信号(無線信号)の送信・受信を主に担うものであり、給電回路20からインピーダンス変換回路25を介して差動給電することで、モノポール型アンテナとして動作する。給電回路20はRF回路やBB回路のような信号処理回路を有しており、半導体集積回路として構成されている。通信端末装置1Aにおいては、プリント配線板5の主面に設けた給電パターン7と放射板10とを接続する引出し部12が、プリント配線板5の主面を平面視したときにキーパッド30と重なる領域では、プリント配線板5の主面に対して所定のギャップGを介して配置されているため、引出し部12とキーパッド30に含まれる導体や誘電体との結合が最小限に抑えられ、アンテナ特性の劣化が防止される。また、引出し部12は、放射部11を給電パターン7に接続するための引出しパターンであるが、厳密には引出し部12でも高周波信号の送信・受信が行われている。
さらに、放射部11の両端部(開放端であって電圧が最も大きくなる部分)や引出し部12(電流が集中する部分)が、導体を含むキーパッド30から離れていることは、放射板10と導体との結合を抑制する点で好ましい。また、放射板10は1枚の金属薄板の折曲げ加工によって形成しているため、低コストで容易に作製することができる。
なお、放射部11は直線的な平板状である必要はなく、両端部が折れ曲がったコ字形状でもよく、あるいは、筺体2の角部が円弧状にラウンドしていれば、そのラウンド形状に沿って両端部が湾曲していてもよい。
(第2実施例、図6及び図7参照)
第2実施例である通信端末装置1Bは、図6及び図7に示すように、プリント配線板5の表面側にコネクタ35を設けたものである。コネクタ35は、前記キーパッド30と同様に、引出し部12とは平面視で重なる領域に設けられており、引出し部12は平面視でコネクタ35と重なる領域ではプリント配線板5の主面とは所定のギャップGを介してほぼ平行に配置されている。また、放射部11は下縁部がプリント配線板5の主面に当接し、かつ、下縁部に設けた突起状の固定部11bがプリント配線板5の端面に係合することで固定されている。本第2実施例の他の構成は前記第1実施例と同様である。
コネクタ35は種々の導体を内蔵しており、また、導体パターン36を備えている。引出し部12が、プリント配線板5の主面を平面視したときにコネクタ35と重なる領域では、プリント配線板5の主面に対して所定のギャップGを介して配置されているため、引出し部12とコネクタ35に含まれる導体などとの結合が最小限に抑えられ、アンテナ特性の劣化が防止される。
図8に前記第2実施例の変形例を示す。この変形例は、コネクタ35に代えて同じ位置にスピーカ37を配置したもので、スピーカ37は通電用の導体38を備えている。他の構成は第2実施例と同様である。スピーカ37には磁性体が内蔵されており、この磁性体と引出し部12との結合が最小限に抑えられることになる。
(第3実施例、図9及び図10参照)
第3実施例である通信端末装置1Cは、図9及び図10に示すように、放射部11の下縁部に設けた固定部11c及び引出し部12の下端部12bをプリント配線板5の主面に設けたランド9及び給電パターン7の一端部にはんだ9aを用いて固定するようにした。他の構成は前記第1実施例と同様であり、作用効果も基本的には第1実施例と同様である。本第3実施例では、図10に示すように、引出し部12を吸着ノズル15によって吸着させプリント配線板5に搭載している。これにて、放射板10をプリント配線板5に容易に実装することができる。
(第4実施例、図11及び図12参照)
第4実施例である通信端末装置1Dは、図11及び図12に示すように、放射板10をプリント配線板5の端面に沿わせて配置したものである。他の構成は前記第1実施例と同様であり、作用効果も基本的には第1実施例と同様である。本第4実施例において、放射部11は部分的に切り起こした固定部11dがプリント配線板5の端部に当接することで位置決めされ、必要に応じて接着剤などで固定される。本第4実施例において、放射部11はプリント配線板5の端面からなるべく離れていることが好ましい。
(インピーダンス変換回路の第1例、図13参照)
第1例であるインピーダンス変換回路25Aは給電回路20と放射板10との間に接続されており、給電回路20に接続された第1インダクタンス素子L1と、該第1インダクタンス素子L1に結合した第2インダクタンス素子L2とを備えている。第1インダクタンス素子L1の一端は給電回路20に接続され、他端は放射板10に接続されている。第2インダクタンス素子L2の一端は放射板10に接続され、他端はグランドに接続されている。
インダクタンス素子L1,L2は密結合し、等価的に負のインダクタンス成分が生じている。この負のインダクタンス成分によって放射板10自身が持つインダクタンス成分を打ち消すことにより、放射板10のインダクタンス成分が見かけ上小さくされている。即ち、放射板10の実効的な誘導リアクタンス成分が小さくなるため、放射板10は高周波成分の周波数に依存しにくくなる。
このインピーダンス変換回路25Aは、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2とを相互インダクタンスMを介して密結合したトランス型回路を含む。このトランス型回路は、図13(B)に示すように、三つのインダクタンス素子Z1,Z2,Z3によるT型回路に等価変換できる。即ち、このT型回路は、給電回路20に接続される第1ポートP1、放射板10に接続される第2ポートP2、グランドに接続される第3ポートP3、第1ポートP1と分岐点Aとの間に接続された第1インダクタンス素子Z1、第2ポートP2と分岐点Aとの間に接続された第2インダクタンス素子Z2、及び、第3ポートP3と分岐点Aとの間に接続された第3インダクタンス素子Z3で構成されている。
図13(A)に示した第1インダクタンス素子L1のインダクタンスをL1、第2インダクタンス素子L2のインダクタンスをL2、相互インダクタンスをMで表わすと、図13(B)に示すインダクタンス素子Z1のインダクタンスはL1+M、第2インダクタンス素子Z2のインダクタンスは−M、第3インダクタンス素子Z3のインダクタンスはL2+Mである。即ち、第2インダクタンスZ2のインダクタンスは、L1,L2の値に関わらず負の値であり、ここに擬似的な負のインダクタンス成分が形成されている。
一方、放射板10は、図13(B)に示されているように、等価的にインダクタンス成分Lant、放射抵抗成分Rr及びキャパシタンス成分Cantで構成されている。放射板10単体でのインダクタンス成分Lantは、インピーダンス変換回路25Aにおける前記負のインダクタンス成分−Mによって打ち消されるように作用する。即ち、分岐点Aから放射板10側を見た(第2インダクタンス素子Z2を含めた放射板10の)インダクタンス成分は小さくなる(理想的にはゼロ)。その結果、放射板10のインピーダンス周波数特性が小さくなる。
このように、負のインピーダンス成分を生じさせるためには、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2とを高い結合度で結合させることが重要である。具体的には、インダクタンス素子L1,L2の素子値にもよるが、結合度は0.5以上、さらには0.7以上であること好ましい。
(インピーダンス変換回路の第2例、図14及び図15参照)
第2例であるインピーダンス変換回路25Bは、図14(A)に示すように、前記第1例であるインピーダンス変換回路25Aと基本的には同様であり、第1及び第2インダクタンス素子L1,L2を極めて高い結合度で結合させるように構成されている。
具体的には、第1インダクタンス素子L1は、第1コイル素子L1a及び第2コイル素子L1bで構成され、これらのコイル素子L1a,L1bは互いに直列に接続され、かつ、閉磁路が形成されるように巻回されている。また、第2インダクタンス素子L2は、第3コイル素子L2a及び第4コイル素子L2bで構成され、これらのコイル素子L2a,
L2bは互いに直列に接続され、かつ、閉磁路を形成するように巻回されている。換言すると、第1コイル素子L1aと第2コイル素子L1bとは逆相で結合(加極性結合)し、第3コイル素子L2aと第4コイル素子L2bとは逆相で結合(加極性結合)している。
さらに、第1コイル素子L1aと第3コイル素子L2aとは同相で結合(減極性結合)するとともに、第2コイル素子L1bと第4コイル素子L2bとは同相で結合(減極性結合)することが好ましい。
インピーダンス変換回路25Bの等価回路は図14(B)に示すとおりであり、そのトランス比を図15(A)に示し、図15(B)には磁界結合と電界結合の様子を示している。
図15(B)に示すように、給電回路20から矢印a方向に電流が供給されたとき、第1コイル素子L1aに矢印b方向に電流が流れるとともに、第2コイル素子L1bには矢印c方向に電流が流れる。そして、これらの電流により、矢印Aで示す磁束(閉磁路を通る磁束)が形成される。
コイル素子L1a,L2aは互いに並走しているので、コイル素子L1aに電流bが流れて生じる磁界がコイル素子L2aに結合してコイル素子L2aに誘導電流dが逆方向に流れる。同様に、コイル素子L1bとコイル素子L2bは互いに並走しているので、コイル素子L1bに電流cが流れて生じる磁界がコイル素子L2bに結合してコイル素子L2bに誘導電流eが逆方向に流れる。これらの電流により、矢印Bで示す磁束(閉磁路を通る磁束)が形成される。
コイル素子L1a,L1bによる第1インダクタンス素子L1に生じる磁束Aの閉磁路と、コイル素子L2a,L2bによる第2インダクタンス素子L2に生じる磁束Bの閉磁路とは、独立しているので、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との間には等価的な磁気障壁MWが生じることになる。
また、コイル素子L1aとコイル素子L2aとは電界によっても結合されている。同様に、コイル素子L1bとコイル素子L2bとは電界によっても結合されている。従って、コイル素子L1a,L1bに交流信号が流れるとき、コイル素子L2a,L2bには電界結合により電流が励起される。図15(B)に示すキャパシタCa,Cbは前記電界結合のための結合容量を示している。
第1インダクタンス素子L1に交流電流が流れるとき、前記磁界結合により第2インダクタンス素子L2に流れる電流の向きと、前記電界結合により第2インダクタンス素子L2に流れる電流の向きとは同じである。従って、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2とは磁界と電界の両方で強く結合することになる。
このインピーダンス変換回路25Bを等価変換すると、図15(A)の回路として表わすことができる。即ち、給電回路20とグランドとの間の合成インダクタンス成分は、一点鎖線で示すように、L1+M+L2+M=L1+L2+2Mとなり、放射板10とグランドとの間の合成インダクタンス成分は、二点鎖線で示すように、L2+M−M=L2となる。即ち、インピーダンス変換回路25Bにおけるトランス比は、L1+L2+2M:L2となり、トランス比の大きな変換回路を構成できる。
(インピーダンス変換回路の第3例、図16及び図17参照)
第3例であるインピーダンス変換回路25Cを多層基板で構成した場合を図16に示す。基板の各基材層51a〜51hは磁性体シートで構成され、各基材層51a〜51gに形成されている導体パターン61〜66,71〜75は、図16では基材層51a〜51gの裏面に形成されているが、便宜上実線で示し、かつ、所定の線幅を有しているが、単純な実線で示している。
基材層51aの裏面に導体パターン73が形成され、基材層51bの裏面に導体パターン72,74が形成され、基材層51cの裏面に導体パターン71,75が形成されている。基材層51dの裏面に導体パターン63が形成され、基材層51eの裏面に導体パターン62,64が形成され、基材層51fの裏面に導体パターン61,65が形成されている。基材層51gの裏面に導体パターン66が形成され、基材層51hの裏面には給電端子41、グランド端子42、アンテナ端子43が形成されている。前記各導体パターン及び各端子は層間導体(点線で示すビアホール導体)で図16に示すように接続されている。
導体パターン63の右半分と導体パターン61,62によって第1コイル素子L1aを構成している。導体パターン63の左半分と導体パターン64,65によって第2コイル素子L1bを構成している。導体パターン73の右半分と導体パターン71,72によって第3コイル素子L2aを構成している。導体パターン73の左半分と導体パターン74,75によって第4コイル素子L2bを構成している。
各コイル素子L1a,L1b,L2a,L2bの巻回軸は、多層基板の積層方向に向いている。第1コイル素子L1aと第2コイル素子L1bの巻回軸は平面視で異なる位置に並置されている。同様に第3コイル素子L2aと第4コイル素子L2bの巻回軸は平面視で異なる位置に並置されている。そして、第1コイル素子L1aと第3コイル素子L2aのそれぞれの巻回領域が平面視で少なくとも一部で重なり、第2コイル素子L1bと第4コイル素子L2bのそれぞれの巻回領域が平面視で少なくとも一部で重なっている。本第3例ではほぼ完全に重なっている。このようにして、8の字型構造の導体パターンで四つのコイル素子を構成している。
なお、各基材層51a〜51hは誘電体シートで構成されていてもよい。但し、比透磁率の高い磁性体シートを用いれば、コイル素子間の結合係数をより高めることができる。
図17は図16に示した多層基板の各基材層に形成された導体パターンによるコイル素子を通る主な磁束を示している。磁束FP12は、導体パターン61〜63による第1コイル素子L1a及び導体パターン63〜65による第2コイル素子L1bを通る。磁束FP34は、導体パターン71〜73による第3コイル素子L2a及び導体パターン73〜75による第4コイル素子L2bを通る。
(インピーダンス変換回路の第4例、図18参照)
第4例であるインピーダンス変換回路25Dは、図18に示すように、コイル素子L1a,L1b,L2a,L2bを磁気結合させたものである。即ち、第1コイル素子L1a及び第2コイル素子L1bは第1の閉磁路(磁束FP12で示すループ)が構成されるように巻回されており、第3コイル素子L2aと第4コイル素子L2bは第2の閉磁路(磁束FP34で示すループ)が構成されるように巻回されている。このように、第1の閉磁路を通る磁束FP12と第2の閉磁路を通る磁束FP34とが互いに逆方向になるように各コイル素子L1a,L1b,L2a,L2bが巻回されている。図18中に示した二点鎖線は二つの磁束FP12,FP34が結合しない磁気障壁を示している。
(他の実施例)
なお、本発明に係る通信端末装置及びその製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
特に、放射板における放射部や引出し部の細部の構成、形状は任意であり、プリント配線板においても同様である。
以上のように、本発明は、通信端末装置に有用であり、特に、アンテナ特性の劣化を防止できる点で優れている。
1A〜1D…通信端末装置
2…筺体
5…プリント配線板
7…給電パターン
10…放射板
11…放射部
12…引出し部
15…吸着ノズル
20…給電回路
25,25A〜25D…インピーダンス変換回路
30…キーパッド
35…コネクタ
37…スピーカ

Claims (6)

  1. 筺体内に設けられたプリント配線板と、
    前記プリント配線板の一方主面側に設けられた給電パターンと、
    前記プリント配線板の一方主面に対してほぼ垂直に配置されたほぼ平板状の放射部、及び、該放射部を前記給電パターンに接続するための引出し部を有する放射板と、
    前記プリント配線板の他方主面に、前記引出し部とは該他方主面を平面視したときに重なる領域に設けられた導体、磁性体及び/又は誘電体を含む搭載部品と、
    を備え、
    前記放射部は前記プリント配線板の一方主面に対して離れた側にて前記引出し部に接続されており、
    前記引出し部は、前記プリント配線板の一方主面を平面視したときに前記搭載部品と重なる領域では、前記プリント配線板の一方主面とは所定のギャップを介して配置されていること、
    を特徴とする通信端末装置。
  2. 前記引出し部は、前記プリント配線板の一方主面を平面視したときに前記搭載部品と重なる領域では、前記プリント配線板の一方主面に対してほぼ平行に配置されていること、を特徴とする請求項1に記載の通信端末装置。
  3. 前記放射部は、前記プリント配線板の一方主面と平行に沿う長辺方向と、該一方主面に垂直な方向に沿う短辺方向とを有し、長辺方向の両端が開放端とされ、かつ、長辺方向のほぼ中央部にて前記引出し部と接続されていること、を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の通信端末装置。
  4. 前記放射部には前記プリント配線板に固定するための固定部を有していること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の通信端末装置。
  5. 前記放射部及び前記引出し部は、1枚の金属薄板から折曲げ加工によって形成されたものであること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の通信端末装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の通信端末装置の製造方法であって、
    前記引出し部を吸着ノズルによって吸着させて前記プリント配線板に搭載すること、
    を特徴とする通信端末装置の製造方法。
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