JPH10200438A - 携帯無線機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線機グランドの影響を大幅に低減すること
により、中心周波数や帯域等のインピーダンス特性の変
化を抑制し、安定したアンテナ特性を発揮することが可
能な携帯無線機を提供する。 【解決手段】 誘電体基板11ａ、誘電体基板の一方の面
に形成される放射導体11ｂ、誘電体基板の他方の面に形
成されるアンテナグランド導体11ｃ及び放射導体とアン
テナグランド導体との間を導通する短絡線路11ｄを有す
るアンテナ11、無線機グランド12、放射導体の給電線路
13ａとアンテナグランド導体の接地線路13ｂとを有する
給電手段13及び筐体14を備えた携帯無線機10。アンテナ
11は筐体14に内蔵あるいは筐体上に搭載され、アンテナ
11は、アンテナグランド導体11ｃと無線機グランド12と
の間が直接接触しておらず電気的に絶縁されると共に、
給電手段13のみにより無線機グランド12と電気的に接続
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等の携帯
無線機に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯無線機、例えば、携帯電話において
は、小型でロープロフフィールであることから逆Ｆ型の
平面アンテナが広く使用されている。このような、平面
アンテナを備えた携帯無線機は、例えば、無線機グラン
ドとなる金属筐体をアンテナグランドとして利用し、平
面アンテナは、金属板からなる放射導体、短絡線路及び
給電線路を有している。平面アンテナは、通信信号の波
長をλ（ｍｍ）とすると、前記放射導体の長辺と短辺の
長さの和（ｍｍ）がλ／４程度で前記放射導体との間に
共振が起こるので、小型化が可能となる。

【０００３】ここで、平面アンテナにおいては、アンテ
ナサイズを小型化する目的から金属筐体と放射導体との
間に誘電体を配置したものも広く使用されている。この
ような平面アンテナは、誘電体基板の両面に銅箔を張り
付け、これらの銅箔にエッチングにより放射導体やアン
テナグランド導体を形成し、基板を貫通させたスルーホ
ールにより両導体間に短絡線路が形成される。前記平面
アンテナを備えた携帯無線機１は、例えば、図６に示す
ように、合成樹脂から成形された筐体２内に配置される
回路基板３に他の複数の実装部品４と共に実装される。

【０００４】即ち、平面アンテナ５は、無線機グランド
を兼ねる積層プリント基板等からなる回路基板３に半田
や導電性接着剤等によって他の実装部品４と共に実装さ
れ、無線機グランドと電気的に接続される。このとき、
平面アンテナ５は、誘電体基板５ａの一方の面に放射導
体５ｂが、他方の面にアンテナグランド導体５ｃが、そ
れぞれ形成され、誘電体基板５ａを貫通させたスルーホ
ール５ｄにより導体５ｂ，５ｃ間に短絡線路が形成され
ている。

【０００５】そして、平面アンテナ５は、図６及び図７
に示すように、アンテナグランド導体５ｃを当接させて
回路基板３に半田付けされ、トランシーバー回路へ接続
された給電線、例えば、同軸線６の中心導体６ａをスル
ーホール５ｄ近傍の放射導体５ｂへ、外導体６ｂを回路
基板３へ、それぞれ半田付けで接続され、給電される。

【０００６】ここで、アンテナグランド導体と無線機グ
ランドとを接続する際、上記のように無線機の金属筐体
又は無線機グランドを兼ねる回路基板３を使用する他
に、シールド板を無線機グランドとして使用する場合も
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記携帯無
線機は、平面アンテナが無線機のサイズや他の実装部品
等から電磁気的な影響を受け、中心周波数や帯域等のイ
ンピーダンス特性が大きく変化するという問題があっ
た。即ち、平面アンテナは、前記のように短絡線路を有
し、λ／４程度で共振させているため、前記短絡線路を
通じて電流が無線機グランドに流れてしまう。この結
果、携帯無線機は、回路設計等が変更されるたびに、ア
ンテナ特性が大幅に変化し、アンテナの再設計が必要と
なることが多かった。また、携帯無線機は、回路設計や
製作が済むまでは、平面アンテナの特性が予測できない
等、実用上極めて深刻な問題が生じていた。

【０００８】このような現象を防止する手段として、平
面アンテナから短絡線路を無くすことが考えられる。し
かし、このようにすると、平面アンテナは、λ／２程度
で共振させなければならなくなることから、放射導体の
大きさが略２倍となり、携帯無線機が大型化してしまう
という不具合がある。一方、無線機グランドや筐体等に
電流が流れることを積極的に利用して、筐体のサイズを
指定することによって携帯無線機の広帯域化を図る手段
も検討されているが（例えば、特開昭６２−２７７８０
３号公報等）、筐体の設計に制約が大きく、実用性に乏
しい。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、無線機グランドの影響を大幅に低減することによ
り、中心周波数や帯域等のインピーダンス特性の変化を
抑制し、安定したアンテナ特性を発揮することが可能な
携帯無線機を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
を達成するため、誘電体基板、前記誘電体基板の一方の
面に形成される放射導体、前記誘電体基板の他方の面に
形成されるアンテナグランド導体及び前記放射導体とア
ンテナグランド導体との間を導通する短絡線路を有する
アンテナ、無線機グランド、前記放射導体の給電線路と
前記アンテナグランド導体の接地線路とを有する給電手
段及び筐体を備えた携帯無線機において、前記アンテナ
は前記筐体に内蔵あるいは前記筐体上に搭載され、前記
アンテナは、前記アンテナグランド導体と前記無線機グ
ランドとの間が直接接触しておらず電気的に絶縁される
と共に、前記給電手段のみにより前記無線機グランドと
電気的に接続されている構成としたのである。

【００１１】好ましくは、前記放射導体の面積をＳE、
前記アンテナグランド導体の面積をＳAとしたとき、面
積比ＳE／ＳAを0.５≦ＳE／ＳA≦２とする。また好まし
くは、前記給電手段の一部あるいは全部を同軸線路とす
る。更に好ましくは、前記携帯無線機を携帯電話機とす
る。ここで、本明細書の携帯無線機で用いるアンテナ
は、上記説明の平面アンテナで厚さが不均一であった
り、放射導体やアンテナグランド導体の面が平らでなか
ったり、凹凸のものを含む。また、アンテナの誘電体基
板が射出成形により任意形状に成形され、放射導体及び
アンテナグランド導体が複数の面にわたる等の複雑な形
状のものも含む。更に、本明細書の携帯無線機で用いる
アンテナは、アンテナグランド導体と無線機グランドと
の間が電気的に絶縁されて直接接触していないものをい
うが、積層基板中に無線機グランドが配置され、アンテ
ナグランド導体と無線機グランドとの間が電気的に絶縁
されて直接接触していないものは含まない。

【００１２】

【作用】本発明の携帯無線機は、平面アンテナのアンテ
ナグランド導体と無線機グランドとが直接接触していな
いので、平面アンテナと無線機グランドとの間の電気的
結合が大幅に低減され、アンテナ特性の大幅な変化や劣
化が抑制される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の携帯無線機に係る
一実施形態を図１乃至図５に基づいて詳細に説明する。
携帯無線機１０は、平面アンテナ１１、回路基板１２、
同軸線１３及び筐体１４を備えている。

【００１４】平面アンテナ１１は、誘電体からなる基板
１１ａ、基板１１ａの一方の面に形成される放射導体１
１ｂ、基板１１ａの他方の面に形成されるアンテナグラ
ンド導体１１ｃ及びスルーホール１１ｄを有している。
平面アンテナ１１は、スルーホール１１ｄにより導体１
１ｂ，１１ｃ間に短絡線路が形成されている。ここで、
基板１１ａは、フッ素樹脂，液晶樹脂，ポリビスマレイ
ミドトリアジン樹脂，ポリフェニレンオキサイド樹脂，
ポリエーテルイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド
樹脂等の誘電体からなり、放射導体１１ｂ及びアンテナ
グランド導体１１ｃは、導電性素材、例えば、銅箔や銀
ペースト層，アルミ蒸着層等からなる。

【００１５】回路基板１２は、無線機グランドを兼ねる
積層プリント基板の板で、半田や導電性接着剤等によっ
て複数の実装部品１５が実装されている。同軸線１３
は、中心導体１３ａと外導体１３ｂとを有する公知の同
軸ケーブルで、一端側は、中心導体１３ａが放射導体１
１ｂと、外導体１３ｂがアンテナグランド導体１１ｃ
と、それぞれ電気的に接続され、他端側はトランシーバ
ー回路へ接続されている。前記トランシーバー回路への
接続は、同軸線１３の末端に設けられるコネクタを介し
て接続されたり、前記トランシーバー回路に接続されて
いるマイクロストリップ線路に同軸線１３の末端を半田
付けして接続されることが多い。

【００１６】ここで、同軸線１３は、中心導体１３ａと
外導体１３ｂとを放射導体１１ｂ及びアンテナグランド
導体１１ｃと接続するとき、図２（ａ）に示すように接
続したり、図２（ｂ）に示すように、外導体１３ｂとア
ンテナグランド導体１１ｃとを半田１６で接続すること
ができる。また、図２（ｃ）及び図３（ａ），（ｂ）に
示すように、平面アンテナ１１に別途設けた給電用のス
ルーホール１１ｅを利用して中心導体１３ａと放射導体
１１ｂとを接続し、外導体１３ｂとアンテナグランド導
体１１ｃとを半田付けで接続してもよい。一方、平面ア
ンテナ１１への給電手段としては、同軸線１３の他、例
えば、マイクロストリップ線路、あるいは複合したもの
等を使用することもできる。また、これらの同軸線，マ
イクロストリップ線路，金属線，その複合体等をアンテ
ナに接続するために、アンテナ放射導体やアンテナグラ
ンド導体にコネクタ等を設けてもよい。

【００１７】筐体１４は、平面アンテナ１１、回路基板
１２及び同軸線１３等を収納するアクリロニトリル・ブ
タジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂等の電気絶縁性の合
成樹脂からなる。図示の筐体１４は、下側のみで、上側
には使用目的に応じてダイヤル操作用のテンキーや液晶
表示等による表示窓等を設けた図示しない蓋が被せられ
る。

【００１８】携帯無線機１０は、図１に示すように、同
軸線１３と接続された平面アンテナ１１と回路基板１２
とをアンテナグランド導体１１ｃと無線機グランド（回
路基板１２）との間が電気的に絶縁されるように、筐体
１４内に離して配置し、前記蓋を被せて組み立てられ
る。このとき、携帯無線機１０は、アンテナグランド導
体１１ｃと無線機グランドとなる回路基板１２とが直接
接続されていない。このため、携帯無線機１０は、アン
テナ作動時に無線機グランド（回路基板１２）にアンテ
ナグランド導体１１ｃに流れる電流に起因する電流の発
生が抑制される。この結果、携帯無線機１０は、平面ア
ンテナ１１が無線機グランドの影響を受けず、中心周波
数のずれ等のアンテナ特性が劣化する問題は生じない。

【００１９】ここで、アンテナグランド導体１１ｃと無
線機グランドとなる回路基板１２とが直接接続されてい
ない本発明の携帯無線機１０と（図４（ａ）参照）、ア
ンテナグランド導体と無線機グランドとが直接接続され
た図６及び図７に示す従来構造の携帯無線機１（図４
（ｂ）参照）とを比較するためアンテナ特性を測定し
た。

【００２０】即ち、両携帯無線機において、無線機グラ
ンドとなる回路基板３，１２の長手方向の長さＸ（ｍ
ｍ）を変化させたときの共振周波数（Ｍｈｚ）を測定
し、その結果を表１に示した。このとき、本発明及び従
来の携帯無線機は、回路基板３，１２の幅方向の長さＹ
を５０ｍｍ、平面アンテナ５，１１は一辺の長さが２０
ｍｍの正方形とした。

【００２１】

【表１】 表１に示す測定結果から明らかなように、本発明の携帯
無線機１０では、無線機グランド（回路基板１２）の長
手方向の長さＸ（ｍｍ）を変化させても、共振周波数は
殆ど変動しない。これに対し、従来構造の携帯無線機で
は、共振周波数が大きく変動することが分かった。従っ
て、本発明の携帯無線機は、共振周波数に対する無線機
グランドの影響が大幅に低減され、安定したアンテナ特
性が発揮されることが分かる。

【００２２】上記のように、無線機グランドの影響を抑
制した場合でも、携帯無線機１０は、平面アンテナ１１
が狭帯域であるため、アンテナの帯域が狭いままである
場合が多い。そこで、アンテナの帯域Δｆ（Ｍｈｚ）の
変化を調べるため、平面アンテナ１１の放射導体１１ｂ
及びアンテナグランド導体１１ｃの矢印Ｘ方向（長手方
向）及び矢印Ｙ方向（幅方向）の長さ（ｍｍ）、平面ア
ンテナ１１の厚さ（ｍｍ）等のパラメータを種々変更
し、アンテナ特性を最適化した後の比帯域（％）を調べ
た。

【００２３】その結果を表２に示す。ここで、比帯域
（％）とは帯域Δｆ（Ｍｈｚ）の中心周波数に対する百
分率である。また、表２において、放射導体及びアンテ
ナグランド導体はそれぞれ、ＣE，ＣAで、また、矢印Ｘ
方向と矢印Ｙ方向の長さはそれぞれＸ×Ｙで表示し、放
射導体１１ｂの面積をＳE、アンテナグランド導体１１
ｃの面積をＳAとした。

【００２４】

【表２】 表２から、携帯無線機１０は、放射導体１１ｂの面積Ｓ
Eとアンテナグランド導体１１ｃの面積ＳAとの比ＳE／
ＳAが0.５≦ＳE／ＳA≦２の範囲にあると、比帯域が１
％以上となり、優れたアンテナ特性を発揮するが、0.５
＞あるいはＳE／ＳA＞２となると、比帯域が0.５％以下
に大きく劣化することが判明した。

【００２５】このように、放射導体１１ｂの面積ＳEと
アンテナグランド導体１１ｃの面積ＳAとの比ＳE／ＳA
が0.５≦ＳE／ＳA≦２の範囲において、本発明の携帯無
線機１０が優れた優れた帯域を有するのは、平面アンテ
ナ１１の放射導体１１ｂとアンテナグランド導体１１ｃ
との大きさが略同じサイズであり、従って、平面アンテ
ナ１１は、平面パッチアンテナとしての通常の磁気スロ
ットモードでの放射と共に、放射導体１１ｂとアンテナ
グランド導体１１ｃとを一体としたダイポールモードで
の放射モードも縮退・重畳して機能しているからと考え
られる。一方、上記範囲の外では、放射導体１１ｂ及び
アンテナグランド導体１１ｃのサイズが大きく異なり、
サイズ面での対称性が崩れるために、ダイポールモード
での放射モードが出現せず、従って、帯域が狭くなるも
のと考えられる。

【００２６】ここで、携帯無線機１０は、平面アンテナ
１１と回路基板１２とをアンテナグランド導体１１ｃと
無線機グランド（回路基板１２）との間が電気的に絶縁
されるように、筐体１４内に離して配置した。しかし、
本発明の携帯無線機は、平面アンテナ１１のアンテナグ
ランド導体１１ｃと無線機グランド（回路基板１２）と
の間が電気的に絶縁されていればよく、例えば、図５に
示すように、アンテナグランド導体１１ｃと回路基板１
２との間に配置する電気絶縁性の絶縁部材１７を介して
平面アンテナ１１を回路基板１２上に設置してもよい。

【００２７】尚、本発明の携帯無線機は、上記実施形態
の携帯無線機１０のように平面アンテナ１１の放射導体
１１ｂと無線機グランドとが必ずしも平行である必要は
なく、携帯無線機への平面アンテナの取付方に応じて取
付方法は任意で、例えば、平面アンテナをダイポールア
ンテナ等、外部アンテナの代わりに使用することも可能
である。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば無線機グランドの影響を大幅に低減することによ
り、中心周波数や帯域等のインピーダンス特性の変化を
抑制し、安定したアンテナ特性を発揮することが可能な
携帯無線機を提供することができる。

【００２９】このとき、前記放射導体の面積をＳE、前
記アンテナグランド導体の面積をＳAとしたとき、面積
比ＳE／ＳAを0.５≦ＳE／ＳA≦２とすると、携帯無線機
は一層優れたアンテナ特性を発揮することができる。ま
た、前記給電手段の一部あるいは全部を同軸線路を典型
とするフレキシブルでシールドされた線路とすると、本
発明の携帯無線機の設計・組立において、アンテナの設
置取付、線路の配策がきわめて容易になるという効果が
ある。

【００３０】更に、前記携帯無線機を携帯電話機とする
と、使用波長が１５〜４０ｃｍ程度であるため、無線機
グランドサイズが丁度λ／４〜λ／２程度になって無線
機グランドに不要な電流が特に流れやすいので、本発明
を用いることによってアンテナ特性が安定する効果は特
に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の携帯無線機の主要部分を示す分解射視
図である。

【図２】図１の携帯無線機で使用する平面アンテナと給
電手段との接続構造を示す断面図である。

【図３】図２の接続構造における平面アンテナと給電手
段との接続を平面アンテナのアンテナグランド導体側
（ａ）及び放射導体側（ｂ）から見た外観図である。

【図４】本発明の携帯無線機（ａ）と従来構造の携帯無
線機（ｂ）の回路基板と平面アンテナとの配置を示す平
面図である。

【図５】回路基板へ平面アンテナを配置する他の例を示
す射視図である。

【図６】従来の携帯無線機の主要部分を示す分解射視図
である。

【図７】従来の携帯無線機における回路基板への平面ア
ンテナの設置を示す射視図である。

【符号の説明】

１ 携帯無線機 ２ 筐体 ３ 回路基板 ４ 実装部品 ５ 平面アンテナ ６ 同軸線 １０ 携帯無線機 １１ 平面アンテナ １１ａ （誘電体）基板 １１ｂ 放射導体 １１ｃ アンテナグランド導体 １１ｄ スルーホール（短絡線路） １２ 回路基板（無線機グランド） １３ 同軸線 １３ａ 中心導体（放射導体の給電線路） １３ｂ 外導体（アンテナグランド導体の接地
線路） １４ 筐体 １５ 実装部品 １６ 半田 １７ 絶縁部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板、前記誘電体基板の一方の面
   に形成される放射導体、前記誘電体基板の他方の面に形
   成されるアンテナグランド導体及び前記放射導体とアン
   テナグランド導体との間を導通する短絡線路を有するア
   ンテナ、無線機グランド、前記放射導体の給電線路と前
   記アンテナグランド導体の接地線路とを有する給電手段
   及び筐体を備えた携帯無線機において、 前記アンテナは前記筐体に内蔵あるいは前記筐体上に搭
   載され、前記アンテナは、前記アンテナグランド導体と
   前記無線機グランドとの間が直接接触しておらず電気的
   に絶縁されると共に、前記給電手段のみにより前記無線
   機グランドと電気的に接続されていることを特徴とする
   携帯無線機。
2. 【請求項２】 前記放射導体の面積をＳE、前記アンテ
   ナグランド導体の面積をＳAとしたとき、面積比ＳE／Ｓ
   Aを0.５≦ＳE／ＳA≦２とする、請求項１の携帯無線
   機。
3. 【請求項３】 前記給電手段の一部あるいは全部が同軸
   線路である、請求項１又は２の携帯無線機。
4. 【請求項４】 前記携帯無線機が携帯電話機である、請
   求項３の携帯無線機。