JP5731188B2 - 携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置及びそれを備えた携帯用端末機 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置に関し、特に、基板表面実装型アンテナ装置（ＰＥＡ；Ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ Ｅｍｂｅｄｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）の放射特性の向上及び電磁波吸収率（ＳＡＲ；Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を低減させることのできる携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置及びそれを備えた携帯用端末機に関する。

携帯用無線端末機（以下、携帯用端末機とする）が開発、使用されて以降、利用サービス及び端末機は、今日までに目覚ましい進化をしている。
従来、音声通信のみを支援していたサービスは、短文送信及び写真送信が可能なサービスを経て、現在は、インターネット及び放送サービスまで可能になり、端末機は、単純な通話機能の他に、カメラ、ＭＰ３再生などのような機能も追加され、端末機の画面も白黒から高画質のカラーＬＣＤに変わった。

通信が可能なサービスも、１個のバンドから２個、３個を経て、現在は、６個以上のサービスをすべて使用可能なように多機能化された。端末機のサイズも、草創期の端末機に比べて比較できないほど軽量化及びスリム化された。これは、端末機中に配置された各種要素素子のサイズと性能が極めて小さくなり、かつ高性能に設計されたためである。

アンテナも例外ではない。草創期の端末機のアンテナは外蔵型であって、単一サービスバンド、又は２個のサービスバンドを確保することが全てであったが、現在の端末機アンテナは、内蔵型に変わっただけでなく、そのサイズも極めて小さくなり、確保しなければならないサービスバンドも最小４個から６個以上のバンドである。物理的サイズと密接な関連のあるアンテナ性能の立場からでは、次第に劣悪な条件に変わったといえる。

携帯用端末機内でアンテナの物理的空間が次第に小さくなり、かつ同時に高性能の多様なサービスバンドを確保しながら製作費用まで減らさなければならない必要があったため、いくつかのアンテナ設計方法が提示された。その代表的なものが、基板の表面に放射パターンを形成する基板表面実装型アンテナ（ＰＣＢ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ；以下、ＰＥＡとする）である。
このＰＥＡは、従来のキャリアタイプのアンテナと比較したとき、製作費用がほとんどかからないから、端末機全体の生産費を減らすのに極めて重要なだけでなく、小型化の側面からでも誘電材料（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）又は磁性誘電体（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）物質を用いたアンテナ（以下、チップアンテナ）より小さく具現化できる。それは、従来のキャリアタイプアンテナとチップアンテナのように、３Ｄ立体空間を必要せずに２Ｄ平面空間のみを必要とするためである。

一方、極めて制限された端末機内部のアンテナ空間において高性能の小型アンテナを開発するのには少なくない費用がかかる。キャリアタイプアンテナの実装が不可能な場合、特殊物質（誘電材料又は磁性誘電体物質）を使用しなければならず、これら素材の費用が低廉でないためである。
一年間に端末機会社で開発して市場に発売する端末機のモデル数を鑑みると、アンテナの設計及び性能の確保に費やす時間と費用、開発人力の投入は、想像を超越ものである。端末機を開発するごとにアンテナの設計にかかる時間、費用、開発人力に対する低減が必要とされてきている。端末機アンテナの開発時間、費用、人力に対する低減がなされる場合、端末機全体の費用の低減及び開発期間の短縮に繋がって端末機開発会社には、利益率の改善が、実際に使用する消費者には、多くの経済的利得及び便利性をもたらすことができる。

従来のマルチバンドアンテナを設計するのに多く用いられるキャリアタイプは、アンテナを設計するのに一定の空間を必要とし、キャリアの形状も、端末機ケースの形状に左右されて、端末機ごとにキャリアを個別的にデザインしなければならない。その上、アンテナを個別に一つずつ手作業で組み立てなければならないので、開発時間や開発費用が比較的多く必要である。
仮に、端末機のアンテナ空間が極めて小さくて、キャリアタイプですら性能を確保し難い場合、誘電材料又は磁性誘電体物質を利用したチップアンテナを使用する。この場合、アンテナ材料費は、さらに増加し、依然としてアンテナの組立に多くの時間が必要である。端末機が次第に小型化、スリム化されつつ、キャリアタイプはもちろん、チップアンテナすら与えられたアンテナ空間に実装するのがますます難しくなる状況である。そのために、ＰＥＡが開発され、この部分に対してアンテナサイズや材料費面で多くの問題を解決したが、依然として問題が残っている。

従来の端末機に入るキャリアタイプアンテナの場合、デザイン的にスリムな端末機が要求される際に、極めて適用され難しい。これは、アンテナの一定の高さを確保しなければならないために、キャリア自体も高さが高くなってスリムな端末機に実装が不可能なためである。なお、チップアンテナを使用したとしても、キャリアタイプの高さよりは低くなるがアンテナの高さを必要とする。また、費用がキャリアタイプアンテナの約２倍以上必要であるため、適用が滞っているのが実情である。

したがって、端末機全体の単価を低くするためには、アンテナ材料費をさらに減らす必要がある。そして、現在、キャリアタイプのアンテナでもチップアンテナでも、端末機組立の際、アンテナを個別に組み立てなければならない。これは、製造時間的、かつ費用的に非常に非効率的である。アンテナ組立に人力でいちいち一つずつ組み立てるため、組立時間はもちろん、人件費のような組立費用が多く必要である。ＰＥＡのような場合、キャリアタイプのアンテナやチップアンテナが持っている多くの問題を解決したが、ＰＥＡは、端末機に実装する際、アンテナが人体の頭部と近いと、人体の影響を多く受けるという状況が発生する。それにより、サービス帯域幅も多重帯域を確保するのには多少の困難さが伴うという問題がある。

韓国特許出願公開第１０−２００７−００１３８５９号明細書

そこで、本発明は上記従来の携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、従来のＰＥＡ（ＰＣＢ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）より優れた放射効率が具現化されるように構成された携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＰＥＡ上に一定の高さと長さとを有する導電性プレートを設置して、帯域幅を増加させうるように具現化された携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、通話時に人体の頭部と最大限離隔距離を置いて電磁波吸収率（ＳＡＲ；Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を低減させるように具現化された携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、優れた放射効率が発現されると共に、組立性が良好で製造費用が比較的低廉に具現化される携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置を備えた携帯用端末機を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による携携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置は、携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置であって、接地領域と非接地領域とを有する基板と、前記基板の非接地領域内において所定の形状のパターンに形成されるアンテナメイン放射パターンと、前記アンテナメイン放射パターンと前記基板の接地領域との両方から離隔配置されて前記基板の非接地領域にパターン状に形成されるサブ放射パターンと、前記サブ放射パターンと前記アンテナメイン放射パターンとの間を電気的に接続させて前記基板から離隔配置された部分を含む所定の高さを有する導電性プレートと、を有し、前記アンテナメイン放射パターンは、前記非接地領域に設置されたＲＦコネクタに電気的に接続される給電ラインと、前記給電ラインの途中から分岐して前記接地領域に電気的に接続される接地ラインと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置及びそれを備えた携帯用端末機によれば、従来のＰＥＡに一定の高さ及び長さを有する導電性プレートを適用することによって、帯域幅が増加して優れた放射効率が得られ、人体の頭部と最大隔離距離を有するためにＳＡＲが低減し、組立性が向上し、製造原価が低減するという効果がある。

本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置が適用される携帯用端末機の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る導電性プレートが適用される内蔵型アンテナ装置の分離斜視図である。 本発明の一実施形態に係る導電性プレートが適用される内蔵型アンテナ装置の結合斜視図である。 （ａ）は本発明に係る導電性プレートを示す斜視図であり、（ｂ）は導電性プレートの変形例を示す斜視図である。 本発明に係る導電性プレートが適用されたＰＥＡと本発明に係る導電性プレートが適用されないＰＥＡとの性能を比較したグラフである。

次に、本発明に係る携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

本発明を説明することにおいて、バー型携帯用端末機を図示し、これについて説明した。しかしながら、本発明は、折り畳み型端末機、スライド型端末機など内蔵型アンテナ装置が適用される多様な開閉方式を有する端末機に適用可能であることは自明である。

図１は、本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置が適用される携帯用端末機の斜視図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る携帯用端末機１００は、バー型（ｂａｒ ｔｙｐｅ）端末機であって、前面１０１にディスプレイ装置１０２が設置され、ディスプレイ装置１０２の上部にスピーカー装置１０３が、下部にマイクロフォン装置１０４が設置される。ディスプレイ装置１０２は、最近の傾向に従ってタッチスクリーンを適用することができ、これにより、機械的メタルドームシートを使用するキーボタンをできる限り排除できる。

また、携帯用端末機１００には、本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置（図２の符号１）が適用される。
内蔵型アンテナ装置は、携帯用端末機１００の底部（図１の点線にて表示された部分）に配置、適用することが好ましい。これは、通話時に人体の頭部と最大限の離隔距離を提供し、フィンガータッチ（ｆｉｎｇｅｒ ｔｏｕｃｈ）による放射特性の変化が最も少ない位置でもある。

また、本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置は、携帯用端末機１００に内蔵される基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）の裏面側に適用されることが好ましい。これは、アンテナ放射体を人体と最も離隔される位置に配置させることによって、人体に及ぼす電磁波吸収率（ＳＡＲ；Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）を最大限減少させるためである。

図２は、本発明の一実施形態に係る導電性プレートが適用される内蔵型アンテナ装置の分離斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る導電性プレートが適用される内蔵型アンテナ装置の結合斜視図である。

本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置１は、従来のＰＥＡ（ＰＣＢ Ｅｍｂｅｄｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）に基づいて適用される。従来のＰＥＡが基板上に２次元的に具現化されるが、本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置は、ＰＥＡ上に高さを有する金属プレートをさらに適用させることによって、３次元的に具現化されるという点で相違する。

したがって、本発明の一実施形態に係る内蔵型アンテナ装置１は、プリント回路基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；以下、基板とする）３０の裏面側（携帯用端末機の裏面方向と相応する）に適用される。基板３０には、接地領域３２とアンテナ放射パターンの形成される非接地領域３１とに区分される。アンテナ放射パターンの形成される非接地領域３１は、接地領域３２をなす導電体が適用されない。

アンテナ放射パターンは、該当端末機の使用帯域、性能によって多様な形態で具現化させるものの、基板３０が形成される際のパターン形成で共に形成されることが好ましい。
アンテナ放射パターンは、アンテナメイン放射パターン１０と、アンテナメイン放射パターン１０と物理的隔離距離を有するサブ放射パターン１１とから形成され、アンテナメイン放射パターン１０とサブ放射パターン１１とは、電気的に接続されない。

また、アンテナメイン放射パターン１０には、給電ライン（ｆｅｅｄｉｎｇ ｌｉｎｅ）１４と接地ライン（ｇｒｏｕｎｄ ｌｉｎｅ）１５とが形成されるが、給電ライン１４は、基板３０に設置されるＲＦコネクタ３３に電気的に接続され、接地ライン１５は、基板３０の上述した接地領域３２と電気的に接続される。これらもやはり、基板３０を最初に形成する際のパターン形成で共に具現化するのが好ましい。

さらに、アンテナメイン放射パターン１０とサブ放射パターン１１とは、一定の長さ、一定幅及び一定の高さを有する導電性プレート２０により電気的に接続される構成を有する。好ましくは、アンテナメイン放射パターン１０とサブ放射パターン１１との端部には、接続パッド１２、１３がそれぞれ具備され、導電性プレート２０も、一定の長さの接続端２１と接続端２１の両端部に折り曲げ面２２、２３をそれぞれ有するように形成される。

したがって、導電性プレート２０は、折り曲げ面２２、２３が接続パッド１２、１３に接触するようにして、基板３０に実装（ＳＭＤ実装）される。好ましくは、導電性プレート２０は、はんだ付け、ボンディングなどの工程で基板３０に固定される。導電性プレート２０の長さ、高さ、幅等は、該当端末機の使用帯域、放射特性などによってさまざまに変更可能である。

図に示していないが、アンテナ放射パターンは、複数のサブ放射パターンに分離でき、各々のサブ放射パターンをアンテナメイン放射パターンと電気的に接続させるか、又はサブ放射パターン同士の電気的接続のために、多様な形態の複数の導電性プレートが適用可能である。また、導電性プレートは、基板上のアンテナ放射パターンのうち、給電ラインの近くで接続されるか、アンテナ放射パターン中に接続されるか、又はアンテナ放射パターンのパターンの端部に接続させることができる。

また、図に示していないが、基板上にパターン方式で形成されるアンテナメイン放射パターン及びサブ放射パターンは、基板の前面又は裏面、もしくは前面と裏面に共に形成されることもできる。しかしながら、共振周波数で動作する導電性プレートは基板の裏面に設置して、通話時に人体の頭部から最大限離隔される位置に配置することが好ましい。これは、人体に及ぼす電磁波吸収率を低減させるためである。

図４は、（ａ）は本発明に係る導電性プレートを示す斜視図であり、（ｂ）は導電性プレートの変形例を示す斜視図である。
図４に示すように、導電性プレート２０は、多様な方式で変形が可能である。図４の（ａ）のように、一定の長さの接続端２１が形成され、接続端２１の両端を２回折り曲げて折り曲げ面２２、２３を形成する。その後、それぞれの折り曲げ面２２、２３がアンテナメイン放射パターン１０とサブ放射パターン１１との接続パッド１２、１３に接触される。

このとき、導電性プレート２０の高さ（ｔ）は、通常５ｍｍを超えないことが好ましい。
また、図４の（ｂ）のように、導電性プレート４０において接続端４１の一端は、折り曲げ面４３を有するものの、他の折り曲げ面４２は、接続端４１の中央から分岐されて形成される。
すなわち、導電性プレート４０は、多様な方式の変形が可能なものである。

図５は、本発明に係る導電性プレートが適用されたＰＥＡと本発明の導電性プレートが適用されないＰＥＡとの性能を比較したグラフである。
すなわち。本発明に係る導電性プレートが適用された内蔵型アンテナ装置（ＰＥＡ＋）と適用されない内蔵型アンテナ装置（ＰＥＡ）とのリターンロス（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）性能を比較したものである。

図５に示すように、ＰＥＡの場合、帯域幅がＧＳＭバンドとＤＣＳバンドの場合、それぞれ４５ＭＨｚと８６ＭＨｚであることに対し、ＰＥＡ＋の場合、帯域幅がＧＳＭバンドとＤＣＳバンドにおいてそれぞれ３１ＭＨｚと３９ＭＨｚずつ改善されたことが分かった。

本発明に係る内蔵型アンテナ装置は、従来のＰＥＡに一定の高さ及び長さを有する導電性プレートを適用することによって、帯域幅が増加して優れた放射効率が得られ、人体の頭部と最大隔離距離を有するためにＳＡＲが低減し、組立性が向上し、製造原価が低減するという効果がある。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１ 内蔵型アンテナ装置
１０ アンテナメイン放射パターン
１１ サブ放射パターン
１２、１３ 接続パッド
１４ 給電ライン
１５ 接地ライン
２０、４０ 導電性プレート
２１、４１ 接続端
２２、２３、４２、４３ 折り曲げ面
３０ 基板
３１ 非接地領域
３２ 接地領域
３３ ＲＦコネクタ
１００ 携帯用端末機
１０１ 前面
１０２ ディスプレイ装置
１０３ スピーカー装置
１０４ マイクロフォン装置

Claims (6)

1. 携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置であって、
   接地領域と非接地領域とを有する基板と、
   前記基板の非接地領域内において所定の形状のパターンに形成されるアンテナメイン放射パターンと、
   前記アンテナメイン放射パターンと前記基板の接地領域との両方から離隔配置されて前記基板の非接地領域にパターン状に形成されるサブ放射パターンと、
   前記サブ放射パターンと前記アンテナメイン放射パターンとの間を電気的に接続させて前記基板から離隔配置された部分を含む所定の高さを有する導電性プレートと、を有し、
   前記アンテナメイン放射パターンは、
   前記非接地領域に設置されたＲＦコネクタに電気的に接続される給電ラインと、
   前記給電ラインの途中から分岐して前記接地領域に電気的に接続される接地ラインと、を含むことを特徴とする携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置。
   
2. 前記導電性プレートは、所定の長さ及び幅を有する接続端と、
   前記接続端の両端から同じ方向に２回折り曲げられて所定の高さ及び接合面を有するように形成される折り曲げ面と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置。
3. 前記導電性プレートの各折り曲げ面は、前記アンテナメイン放射パターン及びサブ放射パターンに形成される接続パッドに、はんだ付け又はボンディングによりＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）形態で実装されることを特徴とする請求項２に記載の携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置。
4. 前記導電性プレートは、前記携帯用端末機の裏面方向に相当する基板の裏面側に設置され、通話時に人体の頭部と最大限離隔するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置。
5. 前記導電性プレートは、その高さが５ｍｍを超えないように形成されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用端末機の内蔵型アンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載によって具現化される内蔵型アンテナ装置を備えることを特徴とする携帯用端末機。
   

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