JPWO2007138682A1 - 携帯無線機 - Google Patents

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健治 高木
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Abstract

本発明の課題は、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えられ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる携帯無線機を提供することである。上ケース(１)と下ケース(２)とをヒンジ部(３)で連結し、下ケース(２)に回路基板(８)を配設すると共に、回路基板(８)上にλ／２０以上の間隔で給電端子(７)と給電端子(２０)を離間配置する。また、下ケース(２)にホイップアンテナ(９)を設けて、これを給電端子(７)を介して回路基板(８)に接続する。また、上ケース(１)に金属フレーム(１３)を設けて、これをヒンジ部(３)と給電端子(２０)を介して回路基板(８)に接続する。そして、ヒンジ部(３)を含めて、金属フレーム(１３)と回路基板(８)のグランドパターンとでダイポールアンテナを構成する。このダイポールアンテナとホイップアンテナ(９)の各出力に基づいてダイバーシチ受信動作を行う。

Description

本発明は、携帯電話等の携帯無線機に関し、特に筐体が折り畳み可能な構造を有する携帯無線機に関する。
従来、携帯電話に代表される携帯無線機には、フェージング環境下における伝送品質の劣化を軽減するためにダイバーシチ技術が導入されている。従来の携帯無線機に搭載されているダイバーシチアンテナシステムとして、２つのアンテナ素子を携帯電話の筐体に搭載する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、２つの筐体を異なる２つの軸で回動可能にした筐体構造を有する携帯無線機に搭載されるアンテナとして、筐体と回路基板をダイポールアンテナとして動作させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
上述したダイバーシチアンテナシステムでは、２つのアンテナ素子を小さな筐体に搭載することから、必然的に両アンテナ素子間の距離が動作波長に比べて小さくなる。この両アンテナ素子間の距離が動作波長（使用する無線信号の波長）に比べて小さくなると、両アンテナ素子の間に発生する電磁的な相互作用が強くなり、アンテナ性能が劣化してしまう。従来はこの課題を解決するために、使用していない側のアンテナ素子を特定のインピーダンスで終端する方法を採っている。この方法は、２つのアンテナ素子のいずれか一方を選択するように動作する切替ダイバーシチ方式では有効である。
特開平３−２８０６２５号公報 特開２００５−６０９７号公報
しかしながら、２つのアンテナ素子を同時に使用する必要がある合成ダイバーシチ方式の場合は、両アンテナ素子が常に無線回路インピーダンスで終端されることになり、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を低減させることが難しいという問題がある。
また、例えば地上デジタル放送を受信可能な携帯電話に搭載するアンテナを想定した場合、地上デジタル放送を受信するには動作波長が約４０〜７０ｃｍ程度と一般的な携帯電話の筐体の寸法に比べて長いため、高いアンテナ性能を得るためには、アンテナ素子として外付け型ホイップアンテナなどの大型の突出型アンテナを搭載する必要がある。しかしながら、ダイバーシチ方式を適用する場合には、大型の突出型アンテナを２つ搭載することになるので、デザイン性や操作性が損なわれるという問題が生ずる。
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第１の筐体と第２の筐体を有する携帯無線機において、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを２つの異なる方向の軸を中心に回動可能に連結するヒンジ部と、前記第２の筐体から外部に突出して設けられた第１アンテナ素子と、前記第２の筐体内部に設けられグランドパターンを有する回路基板と、前記回路基板と前記第１アンテナ素子とを接続する第１給電端子と、前記第１の筐体に設けられ前記ヒンジ部をアンテナ素子の一部分として含み、前記回路基板のグランドパターンと共にダイポールアンテナを構成する第２アンテナ素子と、前記回路基板と前記ヒンジ部を接続する第２給電端子と、前記第１給電端子を介して前記第１アンテナ素子の出力を取り込むと共に前記第２給電端子を介して前記第２アンテナ素子の出力を取り込み、これらの出力に基づいてダイバーシチ受信動作を行うダイバーシチ受信手段と、を備える。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られると共に、筐体外に突出するアンテナが第１アンテナ素子のみとなるので、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１アンテナ素子が前記第２の筐体の一部分から突出させたモノポールアンテナである。
この構成により、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１給電端子と前記第２給電端子が離間配置されている。
この構成により、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１給電端子と前記第２給電端子との間隔が前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の動作波長の１／２０以上である。
この構成により、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記ヒンジ部が、前記第１の筐体の長手方向と前記第１アンテナ素子の方向とを前記第２の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能である。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１アンテナ素子が、前記第１アンテナ素子の方向を前記第１の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能な回動部を備える。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。
本発明の携帯無線機によれば、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる。
本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の上ケースの回転状態を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の実使用状態を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の偏波比を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の実使用状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の偏波比を示す図
符号の説明
１ 上ケース
２ 下ケース
３ ヒンジ部
４、４Ａ ホイップアンテナ
５ ホイップホルダ
６ 屈曲部
７、２０ 給電端子
８ 回路基板
９、１０ 棒状導体
１１、２２ 整合回路
１２ 表示装置
１３ 金属フレーム
１４、１７ ヒンジ金具
１５、２１ 取付ネジ
１６、１８ 回転軸
１９ 台座金具
２３、２４ 無線回路
２５ 信号合成部
２６ ダイバーシチ受信手段
３１、３１Ａ 携帯無線機
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の概略構成を示す図である。また、図２は、本実施の形態に係る携帯無線機の上ケースの回転状態を示す図である。図３は、本実施の形態に係る携帯無線機の実使用状態を示す図である。本実施の形態に係る携帯無線機は、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送（周波数が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ程度）を受信可能なアンテナを備えている。このアンテナで地上デジタル放送以外の周波数帯域を利用する場合はアンテナ素子長を変更することで対応できる。なお、本実施の形態に係る携帯無線機が有するアンテナは、受信専用のみならず、送信用又は送受信用の無線通信システムでの利用も勿論可能であり、同等の効果が期待できる。
図１において、本実施の形態の携帯無線機３１は、上ケース（第１の筐体）１と下ケース（第２の筐体）２とを有しており、これらはヒンジ部３を中心にして、図に示す座標系においてＸ方向及びＺ方向の２つの軸を中心として上ケース１が回転するように構成されており、図２に示すように様々に筐体のスタイルを変化させることができる。このような機構とすることで、使用者が好む筐体のスタイルで、表示装置１２を縦画面又は横画面として使用することができ、操作性の向上を図っている。なお、上ケース１と下ケース２は絶縁体である樹脂の成型品により構成されている。
下ケース２のヒンジ部３側の一方の端部にはホイップホルダ５が装着されている。このホイップホルダ５には貫通穴が設けられており、その貫通穴にホイップアンテナ（第１アンテナ素子）４の構成要素である棒状導体１０が差し込まれており、ホイップアンテナ４の本体を抜差し自在に支持している。ホイップアンテナ４は、棒状導体１０と、棒状導体９とから構成されている。棒状導体９は、棒状導体１０と略同じ径の第１導体部９ａと、この第１導体部９ａよりも小径で第１導体部９ａへの収納及び第１導体部９ａからの取り出しが可能な第２導体部９ｂとから構成されている。
ホイップホルダ５には、給電端子（第１給電端子）７が係着されて支持されている。この給電端子７は、下ケース２の内部に配置された回路基板８上の整合回路１１に、例えばバネ接触や半田付けにより接続される。回路基板８は、本実施の形態の携帯無線機３１の各種機能を実現する回路部品が実装された長辺の長さＬ３が９０ｍｍのプリント基板であり、その略全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示略）が形成されている。給電端子７、ホイップホルダ５、棒状導体１０、屈曲部６及び棒状導体９は導電性の金属で形成されており、それぞれの間の接触点において電気的に導通するように構成されている。これにより、整合回路１１とホイップアンテナ４は電気的に接続される。整合回路１１は、回路基板８上の導体パターンを介して無線回路２３に接続され、信号合成部２５に接続される。
上ケース１の表示装置１２が配置される面には、金属フレーム（第２アンテナ素子）１３が装着されている。一般に、金属フレーム１３には、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えばマグネシウム合金が用いられる。これにより、薄型形状である上ケース１の強度を確保すると共に、金属フレーム１３がアンテナ素子としても動作する。一般に、金属フレーム１３の長辺の長さＬ４は９０ｍｍ程度である。なお、一般に金属フレーム１３の外装面には化粧用の塗装が施されるが、ここでは説明を省略する。
金属フレーム１３とヒンジ金具１４とが、取付ネジ１５によって上ケース１に設けられたネジ穴に取り付けられることにより、金属フレーム１とヒンジ金具１４とが電気的に接続されると共に、上ケース１とヒンジ金具１４とが機械的に固定される。ヒンジ金具１４とヒンジ金具１７とが、回転軸１６により図１の座標系におけるＺ方向を軸として回転可能なように連結される。ヒンジ金具１７は、円柱形状の導電性金属の成型品であり、その外周面に回転軸１６が機械的に嵌合されている。
ヒンジ金具１７には嵌合穴があけられており、この嵌合穴に回転軸１６が差し込まれ、回転することにより上ケース１がヒンジ金具１７に対してＺ軸を中心に回転する。ヒンジ金具１７と台座金具１９とが回転軸１８によりＸ方向を軸として回転可能なように連結される。ヒンジ部３の構成要素であるヒンジ金具１４、回転軸１６、ヒンジ金具１７、回転軸１８及び台座金具１９は導電性の金属で形成されており、それぞれの間の接触点において電気的に導通するように構成されており、これにより、金属フレーム１３と台座金具１９は電気的に接続される。
台座金具１９と給電端子（第２給電端子）２０とが取付ネジ２１によって下ケース２に設けられたネジ穴に取り付けられることにより、金属フレーム１３と台座金具１９とが電気的に接続されると共に、下ケース２と台座金具１９とが機械的に固定される。給電端子２０は、下ケース２のホイップホルダ５とは異なる端側に、給電端子７とＬ１（例えば、４０ｍｍ）の距離を隔てて配置され、回路基板８上の整合回路２２に例えばバネ接触や半田付けにより接続される。
このように２つの異なるアンテナの給電端子７、２０の間隔を大きくすることにより、下ケース２の一方の端部に２つのアンテナの給電端子を配置した場合と比較し、それぞれのアンテナの自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなることが発明者らの実験により確認されている。整合回路２２は、回路基板８上の導体パターンを介して無線回路２４に接続され、信号合成部２５に接続される。
なお、無線回路２３，２４及び信号合成回路２５は、ダイバーシチ受信手段２６を構成する。
上記のように構成された携帯無線機３１において、ホイップアンテナ４が長さＬ５（例えば、１３０ｍｍ）の下ケース２から突出したモノポールアンテナとして動作する。そして、ホイップアンテナ４のインピーダンスを無線回路２３の入力インピーダンス（一般には７５Ω）に整合する機能を整合回路１１が果たす。モノポールアンテナとして動作するホイップアンテナ４の主偏波は、このホイップアンテナ４の軸と平行である。また、金属フレーム１３とヒンジ部３とが上側アンテナ素子（長さが例えば１２０ｍｍ）として動作し、この上側アンテナ素子のインピーダンスを無線回路２４の入力インピーダンス（一般には５０Ω）に整合する機能を整合回路２２が果たす。また、長さがＬ３（例えば、９０ｍｍ）である回路基板８上のグランドパターンが下側アンテナ素子として動作する。すなわち、金属フレーム１３及びヒンジ部３からなる上側アンテナ素子と回路基板８上のグランドパターンの下側アンテナ素子とがダイポールアンテナとして動作する。このダイポールアンテナの主偏波は、特に図３に示すような、使用者３０が実際に下ケース２を手で握って画面を見るテレビジョン視聴状態においては、上ケース１の長手方向と平行になる。
図４は、図３に示すようなテレビジョン視聴状態において、下ケース２の長手方向に対してホイップアンテナ４を平行に、上ケース１の長手方向を垂直にした場合の水平面の放射方向に対する偏波比を示したグラフである。なお、図４に記載した第１アンテナとは、ホイップアンテナ４のことであり、第２アンテナとは、金属フレーム１３、ヒンジ部３及び回路基板８のグランドパターンからなるダイポールアンテナのことである。図４に示すグラフの横軸は、図３に記載の水平面の放射方向角度に対応しており、縦軸は、偏波をベクトル分解し水平分と垂直分に分け、水平分を基準とした垂直分との差分を示している。すなわち、値が大きければ、その方向では水平分が大きいことを示している。また、各方向において２つのアンテナの偏波比の差が大きい場合には、主偏波が大きく異なっていることを示しており、偏波ダイバーシチ効果が高くなることを示している。この結果から、図３に示す状態では、特に人体正面方向において高い偏波ダイバーシチ効果が得られることを確認できる。
このように本実施の形態の携帯無線機３１では、２つのアンテナの給電端子７，２０を下ケース２の幅方向に対して両端になるように配置して間隔を大きくしたので、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。この場合、単に下ケース２の一方の端部に２つのアンテナの給電端子を配置した場合と比較して、それぞれのアンテナの自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなる。このことは発明者らが実験により確認している。
さらに、図３に示すような上ケース１の長手方向とホイップアンテナ４の軸とが直交している場合には、偏波ダイバーシチ効果が得られるので、受信感度を２ｄＢ以上高めることができる。このことは発明者らが実験により確認している。また、外観上のアンテナ素子すなわち筐体から突出するアンテナ素子は１つであるので、デザイン性や操作性が損なわれることがなく、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる。
なお、本実施の形態では、第１アンテナ素子をホイップアンテナ４としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、主偏波が下ケース２の長手方向に平行である場合においては、同様の偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０の配置を下ケース２の幅方向に対する両端部としたが、これに限るものではなく、給電端子７，２０の間隔がλ／２０（λは波長）以上であれば、効果に差はあるが、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。このことは発明者らが実験により確認している。
また、本実施の形態では、ヒンジ部３を構成する各要素を別の構成要素を組み合わせる構成としているが、各構成要素のうちいくつかを一体成形した場合においても同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、第２アンテナ素子を金属フレーム１３で構成したが、樹脂製の上ケース１の内部に配設された導体板やプリント基板上の印刷パターンで第２アンテナ素子を形成した場合であっても高いアンテナ性能は得られる。
また、本実施の形態では、本発明を合成ダイバーシチ方式に適用したが、切替ダイバーシチ方式にも適用可能である。
また、本実施の形態では、上ケース１とホイップアンテナ４のなす角度を９０度としたがこれに限るものではなく、３０度以上かつ１５０度以下であれば、９０度の場合ほど高い偏波ダイバーシチ効果はないものの効果は得られる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態に係る携帯無線機３１Ａは、実施の形態１で説明した携帯無線機３１と略同様の構成であるが、実施の形態１との違いは、ホイップアンテナ４Ａが、棒状導体１０と、棒状導体９と、屈曲部（回動部）６とから構成されており、棒状導体１０と棒状導体９が屈曲部６を中心にして回転可能となっている点である。この構成により、下ケース２に対する上ケース１の回転角度の調整に加えて、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度の調整が可能となる。図６は、本実施の形態に係る携帯無線機３１Ａのテレビジョン視聴状態を示す図である。同図では、下ケース２の長手方向と上ケース１の長手方向とを平行に設定し、ホイップアンテナ４Ａの軸を水平に設定している。
上記のように構成された携帯無線機３１Ａにおいて、２軸ヒンジ機構を有するヒンジ部３によってもたらされる上ケース１と下ケース２の回転角度が実施の形態１と異なる場合においても、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度を調整することができるので、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。また、実施の形態１と同様に、２つのアンテナの給電端子７，２０を下ケース２の幅方向に対して両端になるように配置して間隔を大きくしているので、単に下ケース２の一方の端部に２つのアンテナ素子の給電端子を配置した場合と比較して、それぞれのアンテナ素子の自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなる。
図７は、図６に示すようなテレビジョン視聴状態において、ホイップアンテナ４Ａを水平に、上ケース１の長手方向を下ケース２の長手方向と平行にした場合の水平面の放射方向に対する偏波比を示したグラフである。なお、図７に記載した第１アンテナとは、ホイップアンテナ４Ａのことであり、第２アンテナとは、金属フレーム１３、ヒンジ部３及び回路基板８のグランドパターンからなるダイポールアンテナのことである。図７に示すグラフの縦軸と横軸の定義は、図４のグラフと同様である。この結果から、図６に示す状態では、特に人体側面方向（−９０°と９０°）において高い偏波ダイバーシチ効果が得られることを確認することができる。
このように本実施の形態の携帯無線機３１Ａによれば、２軸ヒンジ機構を有するヒンジ部３によってもたらされる上ケース１と下ケース２の回転角度が実施の形態１と異なる場合においても、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度を調整することができるので、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。特に、図６に示すようなホイップアンテナ４の軸が水平で、上ケース１の長手方向と下ケース２の長手方向が平行である場合には、偏波ダイバーシチ効果が得られ受信感度を２ｄＢ以上高めることができることが発明者らの実験により確認されている。
また、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０を下ケース２の幅方向の両端に配置して間隔を大きくするようにしたので、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができ、自由空間での放射効率を２ｄＢ以上高めることができる。また、外観上のアンテナ素子すなわち筐体から突出するアンテナ素子は１つであるので、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
なお、本実施の形態では、第１アンテナ素子をホイップアンテナとしたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、主偏波が下ケース２の長手方向に平行である場合においては、同様の偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０の配置を下ケース２の幅方向に対する両端部としたが、これに限るものではなく、給電端子７，２０の間隔がλ／２０（λは波長）以上であれば、効果に差はあるが、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。このことは発明者らが実験により確認している。
また、本実施の形態では、第２アンテナ素子を金属フレーム１３で構成したが、樹脂製の上ケース１の内部に配設された導体板やプリント基板上の印刷パターンで第２アンテナ素子を形成した場合であっても、高いアンテナ性能は得られる。
また、本実施の形態では、本発明を合成ダイバーシチ方式に適用したが、切替ダイバーシチ方式にも適用可能である。
また、本実施の形態では、上ケース１とホイップアンテナ４Ａのなす角度を９０度としたがこれに限るものではなく、３０度以上かつ１５０度以下であれば、９０度の場合ほど高い偏波ダイバーシチ効果はないものの効果は得られる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本発明は、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができるといった効果を有し、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送を受信可能な携帯電話等への適用が可能である。
本発明は、携帯電話等の携帯無線機に関し、特に筐体が折り畳み可能な構造を有する携帯無線機に関する。
従来、携帯電話に代表される携帯無線機には、フェージング環境下における伝送品質の劣化を軽減するためにダイバーシチ技術が導入されている。従来の携帯無線機に搭載されているダイバーシチアンテナシステムとして、２つのアンテナ素子を携帯電話の筐体に搭載する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、２つの筐体を異なる２つの軸で回動可能にした筐体構造を有する携帯無線機に搭載されるアンテナとして、筐体と回路基板をダイポールアンテナとして動作させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
上述したダイバーシチアンテナシステムでは、２つのアンテナ素子を小さな筐体に搭載することから、必然的に両アンテナ素子間の距離が動作波長に比べて小さくなる。この両アンテナ素子間の距離が動作波長（使用する無線信号の波長）に比べて小さくなると、両アンテナ素子の間に発生する電磁的な相互作用が強くなり、アンテナ性能が劣化してしまう。従来はこの課題を解決するために、使用していない側のアンテナ素子を特定のインピーダンスで終端する方法を採っている。この方法は、２つのアンテナ素子のいずれか一方を選択するように動作する切替ダイバーシチ方式では有効である。
特開平３−２８０６２５号公報 特開２００５−６０９７号公報
しかしながら、２つのアンテナ素子を同時に使用する必要がある合成ダイバーシチ方式の場合は、両アンテナ素子が常に無線回路インピーダンスで終端されることになり、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を低減させることが難しいという問題がある。
また、例えば地上デジタル放送を受信可能な携帯電話に搭載するアンテナを想定した場合、地上デジタル放送を受信するには動作波長が約４０〜７０ｃｍ程度と一般的な携帯電話の筐体の寸法に比べて長いため、高いアンテナ性能を得るためには、アンテナ素子として外付け型ホイップアンテナなどの大型の突出型アンテナを搭載する必要がある。しかしながら、ダイバーシチ方式を適用する場合には、大型の突出型アンテナを２つ搭載することになるので、デザイン性や操作性が損なわれるという問題が生ずる。
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第１の筐体と第２の筐体を有する携帯無線機において、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを２つの異なる方向の軸を中心に回動可能に連結するヒンジ部と、前記第２の筐体から外部に突出して設けられた第１アンテナ素子と、前記第２の筐体内部に設けられグランドパターンを有する回路基板と、前記回路基板と前記第１アンテナ素子とを接続する第１給電端子と、前記第１の筐体に設けられ前記ヒンジ部をアンテナ素子の一部分として含み、前記回路基板のグランドパターンと共にダイポールアンテナを構成する第２アンテナ素子と、前記回路基板と前記ヒンジ部を接続する第２給電端子と、前記第１給電端子を介して前記第１アンテナ素子の出力を取り込むと共に前記第２給電端子を介して前記第２アンテナ素子の出力を取り込み、これらの出力に基づいてダイバーシチ受信動作を行うダイバーシチ受信手段と、を備える。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られると共に、筐体外に突出するアンテナが第１アンテナ素子のみとなるので、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１アンテナ素子が前記第２の筐体の一部分から突出させたモノポールアンテナである。
この構成により、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１給電端子と前記第２給電端子が離間配置されている。
この構成により、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１給電端子と前記第２給電端子との間隔が前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の動作波長の１／２０以上である。
この構成により、両アンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。
また、本発明の携帯無線機は、前記ヒンジ部が、前記第１の筐体の長手方向と前記第１アンテナ素子の方向とを前記第２の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能である。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１アンテナ素子が、前記第１アンテナ素子の方向を前記第１の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能な回動部を備える。
この構成により、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。
本発明の携帯無線機によれば、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる。
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の概略構成を示す図である。また、図２は、本実施の形態に係る携帯無線機の上ケースの回転状態を示す図である。図３は、本実施の形態に係る携帯無線機の実使用状態を示す図である。本実施の形態に係る携帯無線機は、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送（周波数が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ程度）を受信可能なアンテナを備えている。このアンテナで地上デジタル放送以外の周波数帯域を利用する場合はアンテナ素子長を変更することで対応できる。なお、本実施の形態に係る携帯無線機が有するアンテナは、受信専用のみならず、送信用又は送受信用の無線通信システムでの利用も勿論可能であり、同等の効果が期待できる。
図１において、本実施の形態の携帯無線機３１は、上ケース（第１の筐体）１と下ケース（第２の筐体）２とを有しており、これらはヒンジ部３を中心にして、図に示す座標系においてＸ方向及びＺ方向の２つの軸を中心として上ケース１が回転するように構成されており、図２に示すように様々に筐体のスタイルを変化させることができる。このような機構とすることで、使用者が好む筐体のスタイルで、表示装置１２を縦画面又は横画面として使用することができ、操作性の向上を図っている。なお、上ケース１と下ケース２は絶縁体である樹脂の成型品により構成されている。
下ケース２のヒンジ部３側の一方の端部にはホイップホルダ５が装着されている。このホイップホルダ５には貫通穴が設けられており、その貫通穴にホイップアンテナ（第１アンテナ素子）４の構成要素である棒状導体１０が差し込まれており、ホイップアンテナ４の本体を抜差し自在に支持している。ホイップアンテナ４は、棒状導体１０と、棒状導体９とから構成されている。棒状導体９は、棒状導体１０と略同じ径の第１導体部９ａと、この第１導体部９ａよりも小径で第１導体部９ａへの収納及び第１導体部９ａからの取り出しが可能な第２導体部９ｂとから構成されている。
ホイップホルダ５には、給電端子（第１給電端子）７が係着されて支持されている。この給電端子７は、下ケース２の内部に配置された回路基板８上の整合回路１１に、例えばバネ接触や半田付けにより接続される。回路基板８は、本実施の形態の携帯無線機３１の各種機能を実現する回路部品が実装された長辺の長さＬ３が９０ｍｍのプリント基板であり、その略全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示略）が形成されている。給電端子７、ホイップホルダ５、棒状導体１０、屈曲部６及び棒状導体９は導電性の金属で形成されており、それぞれの間の接触点において電気的に導通するように構成されている。これにより、整合回路１１とホイップアンテナ４は電気的に接続される。整合回路１１は、回路基板８上の導体パターンを介して無線回路２３に接続され、信号合成部２５に接続される。
上ケース１の表示装置１２が配置される面には、金属フレーム（第２アンテナ素子）１３が装着されている。一般に、金属フレーム１３には、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えばマグネシウム合金が用いられる。これにより、薄型形状である上ケース１の強度を確保すると共に、金属フレーム１３がアンテナ素子としても動作する。一般に、金属フレーム１３の長辺の長さＬ４は９０ｍｍ程度である。なお、一般に金属フレーム１３の外装面には化粧用の塗装が施されるが、ここでは説明を省略する。
金属フレーム１３とヒンジ金具１４とが、取付ネジ１５によって上ケース１に設けられたネジ穴に取り付けられることにより、金属フレーム１とヒンジ金具１４とが電気的に接続されると共に、上ケース１とヒンジ金具１４とが機械的に固定される。ヒンジ金具１４とヒンジ金具１７とが、回転軸１６により図１の座標系におけるＺ方向を軸として回転可能なように連結される。ヒンジ金具１７は、円柱形状の導電性金属の成型品であり、その外周面に回転軸１６が機械的に嵌合されている。
ヒンジ金具１７には嵌合穴があけられており、この嵌合穴に回転軸１６が差し込まれ、回転することにより上ケース１がヒンジ金具１７に対してＺ軸を中心に回転する。ヒンジ金具１７と台座金具１９とが回転軸１８によりＸ方向を軸として回転可能なように連結される。ヒンジ部３の構成要素であるヒンジ金具１４、回転軸１６、ヒンジ金具１７、回転軸１８及び台座金具１９は導電性の金属で形成されており、それぞれの間の接触点において電気的に導通するように構成されており、これにより、金属フレーム１３と台座金具１９は電気的に接続される。
台座金具１９と給電端子（第２給電端子）２０とが取付ネジ２１によって下ケース２に設けられたネジ穴に取り付けられることにより、金属フレーム１３と台座金具１９とが電気的に接続されると共に、下ケース２と台座金具１９とが機械的に固定される。給電端子２０は、下ケース２のホイップホルダ５とは異なる端側に、給電端子７とＬ１（例えば、４０ｍｍ）の距離を隔てて配置され、回路基板８上の整合回路２２に例えばバネ接触や半田付けにより接続される。
このように２つの異なるアンテナの給電端子７、２０の間隔を大きくすることにより、下ケース２の一方の端部に２つのアンテナの給電端子を配置した場合と比較し、それぞれのアンテナの自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなることが発明者らの実験により確認されている。整合回路２２は、回路基板８上の導体パターンを介して無線回路２４に接続され、信号合成部２５に接続される。
なお、無線回路２３，２４及び信号合成回路２５は、ダイバーシチ受信手段２６を構成する。
上記のように構成された携帯無線機３１において、ホイップアンテナ４が長さＬ５（例えば、１３０ｍｍ）の下ケース２から突出したモノポールアンテナとして動作する。そして、ホイップアンテナ４のインピーダンスを無線回路２３の入力インピーダンス（一般には７５Ω）に整合する機能を整合回路１１が果たす。モノポールアンテナとして動作するホイップアンテナ４の主偏波は、このホイップアンテナ４の軸と平行である。また、金属フレーム１３とヒンジ部３とが上側アンテナ素子（長さが例えば１２０ｍｍ）として動作し、この上側アンテナ素子のインピーダンスを無線回路２４の入力インピーダンス（一般には５０Ω）に整合する機能を整合回路２２が果たす。また、長さがＬ３（例えば、９０ｍｍ）である回路基板８上のグランドパターンが下側アンテナ素子として動作する。すなわち、金属フレーム１３及びヒンジ部３からなる上側アンテナ素子と回路基板８上のグランドパターンの下側アンテナ素子とがダイポールアンテナとして動作する。このダイポールアンテナの主偏波は、特に図３に示すような、使用者３０が実際に下ケース２を手で握って画面を見るテレビジョン視聴状態においては、上ケース１の長手方向と平行になる。
図４は、図３に示すようなテレビジョン視聴状態において、下ケース２の長手方向に対してホイップアンテナ４を平行に、上ケース１の長手方向を垂直にした場合の水平面の放射方向に対する偏波比を示したグラフである。なお、図４に記載した第１アンテナとは、ホイップアンテナ４のことであり、第２アンテナとは、金属フレーム１３、ヒンジ部３及び回路基板８のグランドパターンからなるダイポールアンテナのことである。図４に示すグラフの横軸は、図３に記載の水平面の放射方向角度に対応しており、縦軸は、偏波をベクトル分解し水平分と垂直分に分け、水平分を基準とした垂直分との差分を示している。すなわち、値が大きければ、その方向では水平分が大きいことを示している。また、各方向において２つのアンテナの偏波比の差が大きい場合には、主偏波が大きく異なっていることを示しており、偏波ダイバーシチ効果が高くなることを示している。この結果から、図３に示す状態では、特に人体正面方向において高い偏波ダイバーシチ効果が得られることを確認できる。
このように本実施の形態の携帯無線機３１では、２つのアンテナの給電端子７，２０を下ケース２の幅方向に対して両端になるように配置して間隔を大きくしたので、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。この場合、単に下ケース２の一方の端部に２つのアンテナの給電端子を配置した場合と比較して、それぞれのアンテナの自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなる。このことは発明者らが実験により確認している。
さらに、図３に示すような上ケース１の長手方向とホイップアンテナ４の軸とが直交している場合には、偏波ダイバーシチ効果が得られるので、受信感度を２ｄＢ以上高めることができる。このことは発明者らが実験により確認している。また、外観上のアンテナ素子すなわち筐体から突出するアンテナ素子は１つであるので、デザイン性や操作性が損なわれることがなく、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができる。
なお、本実施の形態では、第１アンテナ素子をホイップアンテナ４としたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、主偏波が下ケース２の長手方向に平行である場合においては、同様の偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０の配置を下ケース２の幅方向に対する両端部としたが、これに限るものではなく、給電端子７，２０の間隔がλ／２０（λは波長）以上であれば、効果に差はあるが、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。このことは発明者らが実験により確認している。
また、本実施の形態では、ヒンジ部３を構成する各要素を別の構成要素を組み合わせる構成としているが、各構成要素のうちいくつかを一体成形した場合においても同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、第２アンテナ素子を金属フレーム１３で構成したが、樹脂製の上ケース１の内部に配設された導体板やプリント基板上の印刷パターンで第２アンテナ素子を形成した場合であっても高いアンテナ性能は得られる。
また、本実施の形態では、本発明を合成ダイバーシチ方式に適用したが、切替ダイバーシチ方式にも適用可能である。
また、本実施の形態では、上ケース１とホイップアンテナ４のなす角度を９０度としたがこれに限るものではなく、３０度以上かつ１５０度以下であれば、９０度の場合ほど高い偏波ダイバーシチ効果はないものの効果は得られる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態に係る携帯無線機３１Ａは、実施の形態１で説明した携帯無線機３１と略同様の構成であるが、実施の形態１との違いは、ホイップアンテナ４Ａが、棒状導体１０と、棒状導体９と、屈曲部（回動部）６とから構成されており、棒状導体１０と棒状導体９が屈曲部６を中心にして回転可能となっている点である。この構成により、下ケース２に対する上ケース１の回転角度の調整に加えて、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度の調整が可能となる。図６は、本実施の形態に係る携帯無線機３１Ａのテレビジョン視聴状態を示す図である。同図では、下ケース２の長手方向と上ケース１の長手方向とを平行に設定し、ホイップアンテナ４Ａの軸を水平に設定している。
上記のように構成された携帯無線機３１Ａにおいて、２軸ヒンジ機構を有するヒンジ部３によってもたらされる上ケース１と下ケース２の回転角度が実施の形態１と異なる場合においても、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度を調整することができるので、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。また、実施の形態１と同様に、２つのアンテナの給電端子７，２０を下ケース２の幅方向に対して両端になるように配置して間隔を大きくしているので、単に下ケース２の一方の端部に２つのアンテナ素子の給電端子を配置した場合と比較して、それぞれのアンテナ素子の自由空間での放射効率が２ｄＢ以上高くなる。
図７は、図６に示すようなテレビジョン視聴状態において、ホイップアンテナ４Ａを水平に、上ケース１の長手方向を下ケース２の長手方向と平行にした場合の水平面の放射方向に対する偏波比を示したグラフである。なお、図７に記載した第１アンテナとは、ホイップアンテナ４Ａのことであり、第２アンテナとは、金属フレーム１３、ヒンジ部３及び回路基板８のグランドパターンからなるダイポールアンテナのことである。図７に示すグラフの縦軸と横軸の定義は、図４のグラフと同様である。この結果から、図６に示す状態では、特に人体側面方向（−９０°と９０°）において高い偏波ダイバーシチ効果が得られることを確認することができる。
このように本実施の形態の携帯無線機３１Ａによれば、２軸ヒンジ機構を有するヒンジ部３によってもたらされる上ケース１と下ケース２の回転角度が実施の形態１と異なる場合においても、ホイップアンテナ４Ａの屈曲角度を調整することができるので、高いダイバーシチ利得の向上効果が得られる。特に、図６に示すようなホイップアンテナ４の軸が水平で、上ケース１の長手方向と下ケース２の長手方向が平行である場合には、偏波ダイバーシチ効果が得られ受信感度を２ｄＢ以上高めることができることが発明者らの実験により確認されている。
また、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０を下ケース２の幅方向の両端に配置して間隔を大きくするようにしたので、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができ、自由空間での放射効率を２ｄＢ以上高めることができる。また、外観上のアンテナ素子すなわち筐体から突出するアンテナ素子は１つであるので、デザイン性や操作性が損なわれることがない。
なお、本実施の形態では、第１アンテナ素子をホイップアンテナとしたが、これに限るものではなく、ヘリカルアンテナなどその他のアンテナであっても同様の効果が得られる。特に、主偏波が下ケース２の長手方向に平行である場合においては、同様の偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、２つのアンテナ素子の給電端子７，２０の配置を下ケース２の幅方向に対する両端部としたが、これに限るものではなく、給電端子７，２０の間隔がλ／２０（λは波長）以上であれば、効果に差はあるが、電磁的相互作用によるアンテナ性能低下を抑えることができる。このことは発明者らが実験により確認している。
また、本実施の形態では、第２アンテナ素子を金属フレーム１３で構成したが、樹脂製の上ケース１の内部に配設された導体板やプリント基板上の印刷パターンで第２アンテナ素子を形成した場合であっても、高いアンテナ性能は得られる。
また、本実施の形態では、本発明を合成ダイバーシチ方式に適用したが、切替ダイバーシチ方式にも適用可能である。
また、本実施の形態では、上ケース１とホイップアンテナ４Ａのなす角度を９０度としたがこれに限るものではなく、３０度以上かつ１５０度以下であれば、９０度の場合ほど高い偏波ダイバーシチ効果はないものの効果は得られる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本発明は、２つのアンテナ素子間の電磁的相互作用によるアンテナ性能劣化を抑えることができ、高いダイバーシチ利得の向上効果とデザイン性や操作性を両立させることができるといった効果を有し、地上デジタル放送や地上デジタル音声放送を受信可能な携帯電話等への適用が可能である。
本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の上ケースの回転状態を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の実使用状態を示す図 本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の偏波比を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の実使用状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の偏波比を示す図
符号の説明
１ 上ケース
２ 下ケース
３ ヒンジ部
４、４Ａ ホイップアンテナ
５ ホイップホルダ
６ 屈曲部
７、２０ 給電端子
８ 回路基板
９、１０ 棒状導体
１１、２２ 整合回路
１２ 表示装置
１３ 金属フレーム
１４、１７ ヒンジ金具
１５、２１ 取付ネジ
１６、１８ 回転軸
１９ 台座金具
２３、２４ 無線回路
２５ 信号合成部
２６ ダイバーシチ受信手段
３１、３１Ａ 携帯無線機

Claims (6)

  1. 第１の筐体と第２の筐体を有する携帯無線機において、
    前記第１の筐体と前記第２の筐体とを２つの異なる方向の軸を中心に回動可能に連結するヒンジ部と、
    前記第２の筐体から外部に突出して設けられた第１アンテナ素子と、
    前記第２の筐体内部に設けられグランドパターンを有する回路基板と、
    前記回路基板と前記第１アンテナ素子とを接続する第１給電端子と、
    前記第１の筐体に設けられ前記ヒンジ部をアンテナ素子の一部分として含み、前記回路基板のグランドパターンと共にダイポールアンテナを構成する第２アンテナ素子と、
    前記回路基板と前記ヒンジ部を接続する第２給電端子と、
    前記第１給電端子を介して前記第１アンテナ素子の出力を取り込むと共に前記第２給電端子を介して前記第２アンテナ素子の出力を取り込み、これらの出力に基づいてダイバーシチ受信動作を行うダイバーシチ受信手段と、
    を備える携帯無線機。
  2. 前記第１アンテナ素子は、前記第２の筐体の一部分から突出させたモノポールアンテナである請求項１に記載の携帯無線機。
  3. 前記第１給電端子と前記第２給電端子は離間配置されている請求項１又は請求項２に記載の携帯無線機。
  4. 前記第１給電端子と前記第２給電端子との間隔が前記第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子の動作波長の１／２０以上である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の携帯無線機。
  5. 前記ヒンジ部は、前記第１の筐体の長手方向と前記第１アンテナ素子の方向とを前記第２の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の携帯無線機。
  6. 前記第１アンテナ素子は、前記第１アンテナ素子の方向を前記第１の筐体の長手方向に対して略９０度の角度に設定可能な回動部を備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の携帯無線機。
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