JP2006332792A - 携帯電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２筐体型の携帯電話機を通話に用いるときはアンテナの人体方向への放射を抑制して放射効率の低下を防ぎ、通話時を除いては無指向性に近い放射パターンが得られるようにする。
【解決手段】 携帯電話機１は、上筐体１１と下筐体１２とが連結部１３により連結されて構成される。下筐体１２は、給電点１６から給電されるアンテナ素子１５を備える。上筐体１１は受話器１４が取り付けられたのと反対側の面に無給電素子１７を備え、その端部１７Ａ及び１７Ｂは開放されている。無給電素子１７の長さを、携帯電話機１の使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長相当とし、アンテナ素子１５の先端１５Ａと端部１７Ａとの間隔を、当該使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長相当以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は携帯電話機に係り、特に２筐体が開閉可能に連結されて構成された携帯電話機に関する。

従来の携帯電話機は、電波の送受信の相手方である基地局の方向を特定することが多くの場合困難であるため、通話に用いられる状態において水平面内で無指向性に近い放射パターンを有するアンテナを備えるものが多い。しかしそのような携帯電話機では、人体方向にも電波が放射されるために放射効率が損なわれるという問題がある。

これに対して、通話に用いられる状態における人体方向への放射を低減し、反対方向への放射を強める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、アンテナ素子と一端が接地された無給電素子を組み合わせて放射パターンの指向性を制御するというものである。特許文献１によれば、導波器として動作する長さの無給電素子を通話状態において地板に対して人体と反対側に設けるか、又は反射器として動作する長さの無給電素子を通話状態において地板に対して人体と同じ側に設けることにより、人体方向への放射が抑制された非対称な放射パターンが得られる。
特開２００３−３７４１３号公報（第２、３、４ページ、図１）

上記の特許文献１に開示された従来技術は、１筐体から構成されるいわゆるストレート型の携帯電話機や、２筐体が開閉可能に連結された構造を有する携帯電話機（以下、２筐体型という。）に適用して、上述した放射パターンの非対称性により通話中の人体方向への放射を低減させることができる。しかし、アンテナ素子と無給電素子との位置関係が固定されているため、人体から離して通話以外の目的で無線通信を行う場合にも放射パターンの非対称性が保たれる。

人体から離して通話以外の目的で無線通信を行う場合は、人体による放射効率低下を懸念する必要はないから、携帯電話機の置き方や向きを気にかける必要がないように、無指向性に近い放射パターンを得られることが望ましい。特許文献１の従来技術は、このような要求に応えることができない。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、携帯電話機の筐体構成の主流である２筐体型に適用して、２筐体を開いた通話状態において初めて無給電素子の効果により放射パターンを制御することのできる携帯電話機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の携帯電話機は、第１の筐体と、受話器が配設された面を有してなる第２の筐体と、前記第１の筐体及び前記第２の筐体を開閉可能に連結する連結部と、前記第１の筐体に配設されたアンテナ素子と、使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長に相当する電気長を含んで形成されると共に前記電気長の両端が開放され、かつ、前記両端のうちの一端は、前記第１の筐体及び前記第２の筐体が開かれたとき、前記アンテナ素子中の励振時に最も強い電界が分布する点から前記使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下の距離にあるように、前記第２の筐体の受話器が配設された面の反対側に配設された無給電素子とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、２筐体を開いたときにアンテナ素子と電気的に結合するように無給電素子を配設することにより、２筐体の開閉状態によりそれぞれ適切な放射パターンを得られるようにすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、図１乃至図７を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る携帯電話機１の外観図である。このうち左側の図は、携帯電話機１の斜視図であり、この図の左側の矢印方向から表した側面図が右側の図である。携帯電話機１は、上筐体１１及び下筐体１２が、連結部１３により開閉可能に連結されて構成される。図１は、上筐体１１及び下筐体１２が開かれた状態を表している。携帯電話機１は、ある幅を有する周波数帯において使用され、当該周波数帯を使用周波数帯という。

上筐体１１の斜視図における奥側の面（側面図における左側の面）には、受話器１４が取り付けられる。携帯電話機１が通話に用いられる状態では、受話器１４が取り付けられた面が人体に向けられる。下筐体１２の連結部１３に近い位置に、アンテナ素子１５が内蔵される。アンテナ素子１５の先端１５Ａは、アンテナ素子１５が給電点１６から給電されて励振されたとき、最も強い電界が分布する点である。

上筐体１１の斜視図における手前側の面（側面図における右側の面）の外側には、無給電素子１７が配設される。無給電素子１７は例えば板金を短冊状に加工して形成され、上筐体１１の受話器１４が取り付けられた面の反対側の外面に例えば貼り付けられて固着される。図１に表された無給電素子１７は、直線状をなす長手方向に、使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長に相当する長さを有する。無給電素子１７の長手方向の端部１７Ａ及び１７Ｂは開放されている。このうち、１７Ａが連結部１３に近い方の端部である。なお無給電素子１７は、必ずしも直線状でなくても、２分の１波長相当の電気長を有する形状であればよい。また無給電素子１７を上筐体１１に取り付けた場合、誘電体による波長短縮の効果により実際の長さは２分の１波長以下となる場合がある。

アンテナ素子１５の先端１５Ａと無給電素子１７の端部１７Ａとは、上筐体１１及び下筐体１２が開かれた状態において、使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下に相当する間隔になるように配設される。そうすると、アンテナ素子１５が給電点１６から給電されて励振されたとき、アンテナ素子１５と無給電素子１７とには、例えば図２に示すような電流分布が得られる。なお上記の間隔を８分の１波長以下とした理由は、後述するシミュレーション評価の結果、間隔が８分の１波長を超えた場合には効果が少ないと考えたためである。

図２は、図１の斜視図から抜き出したアンテナ素子１５及び無給電素子１７における電流分布の一例を、それぞれ黒で塗りつぶした矢印又は白抜き矢印で表す図である。矢印の向きが電流の方向を、また矢印の長さが電流の大きさを、それぞれ定性的に表している。アンテナ素子１５の電流に対応するリターン電流（黒で塗りつぶした矢印）も、給電点１６と接地電位との間に流れる。

上記のリターン電流は下筐体１２の地板（図示しない回路基板の接地パターンや下筐体１２の金属部分）に流れることから、紙面の手前（人体方向とは反対側）だけではなく、紙面の裏側（人体方向）へ向かう電磁界を放射する。一方、無給電素子１７を流れる電流は上筐体１１の地板（図示しない回路基板の接地パターンや上筐体１１の金属部分）に流れる電流を生じることはなく、その放射電磁界は上筐体１１の地板に遮へいされて紙面の裏側（人体方向）へ向かわない。このため無給電素子１７を設けた場合には、紙面の手前（人体方向とは反対側）へ向かう電磁界の放射が無給電素子１７を設けない場合に比べて相対的に強められると共に、人体へ向かう電磁界の放射が相対的に弱められて放射効率が改善される。無給電素子１７の長さは使用周波数帯に属する周波数に共振するから、当該使用周波数帯においてそのような効果を得ることができる。

実施例１の２筐体が閉じられた状態について、図３を参照して説明する。図３は、上筐体１１及び下筐体１２が閉じられた状態において、図１の右側の図と同じ方向から表した携帯電話機１の側面図である。図中の符号はすべて図１と共通であるから、それらの説明は省略する。

この状態では、アンテナ素子１５に含まれる先端１５Ａと無給電素子１７の端部１７Ａとは、上筐体１１及び下筐体１２の地板（図示せず。）を挟んで向かい合う位置関係をとる。したがって、図２に示したようなアンテナ素子１５と無給電素子１７との電気的結合は生じず、アンテナ素子１５が本来有する放射パターンが形成される。

実施例１により得られる効果について、図４乃至図６を参照して説明する。図４は、実施例１の効果をシミュレーションにより評価するためのモデルを表す図である。２１は携帯電話機の上筐体に内蔵する地板であり、図１の上筐体１１に内蔵される地板に相当する。２２は携帯電話機の下筐体に内蔵する地板であり、図１の下筐体１２に内蔵される地板に相当する。２３はアンテナ素子であり、図１のアンテナ素子１５に相当する。２４は無給電素子であり、図１の無給電素子１７に相当する。上筐体及び下筐体の短辺方向に沿ってｘ軸、ｘ軸に垂直な方向にｙ軸、上筐体及び下筐体の長辺方向に沿ってｚ軸をとる。

この構成において、アンテナ素子２３を図１のアンテナ素子１５と同様に励振する場合の放射パターンをシミュレーションにより計算した。図５及び図６は、それぞれシミュレーションにより求めた放射パターンを表す第１の図及び第２の図である。図５及び図６は、放射パターンを図４におけるｘ軸の正の方向から見て表したもので、図１と対照すると向かって右側（第１象限及び第２象限）が通話時の人体方向、向かって左側（第３象限及び第４象限）がその反対方向に相当する。

図５及び図６の同心円の半径はアンテナ利得を表し、最外周が＋５ｄＢｉ、以下順に＋２、−１及びー５ｄＢｉの目盛を示している。周波数は１３００ＭＨｚとし、無給電素子２４がない場合とある場合の両方について放射パターンを求め、前者を実線、後者を破線でそれぞれ表す。無給電素子２４がある場合、アンテナ素子２３と無給電素子２４の最も近接する端部どうしの間隔を図５においては５ｍｍ、図６においては３０ｍｍとする。

図５から明らかなように、無給電素子２４を設けてアンテナ素子２３と５ｍｍの間隔を置いて配設することによって、ｙ軸の負方向（人体と反対方向）において約１．５ｄＢ程度のアンテナ利得の改善が見られる。また、図５の第４象限に相当する範囲において全体的に破線のアンテナ利得が実線のアンテナ利得を上回っており、これに対して第１象限及び第２象限に相当する範囲においては概ね逆の関係にある。すなわち、無給電素子２４の付加によって人体方向への放射が抑制されることがわかる。

一方図６においては、アンテナ素子２３と無給電素子２４が３０ｍｍ（約８分の１波長相当）の間隔を置いて配設され、図５の場合に比べて結合が弱いことから、第１象限及び第２象限における実線対破線の関係と、第３象限及び第４象限における実線対破線の関係との間に、大きな相違がないことがわかる。この場合には、無給電素子２４の付加による人体方向への放射の抑制の効果を得ることができない。したがって、アンテナ素子２３と無給電素子２４の最も近接する端部どうしの間隔を８分の１波長以下とすることが適切である。

図７は、図１における内蔵型のアンテナ素子１５を、固定ヘリカル型のアンテナ素子に代えた携帯電話機１０の外観図である。このうち左側の図は、携帯電話機１０の斜視図であり、この図の左側の矢印方向から表した側面図が右側の図である。携帯電話機１０は、図１と同じ上筐体１１及び連結部１３並びに図1とは異なる下筐体１８から構成される。下筐体１８には固定ヘリカル型のアンテナ素子１９が取り付けられ、給電点２０から給電される。上筐体１１に設けられた受話器１４及び無給電素子１７（端部１７Ａ及び１７Ｂを有する。）は、それぞれ図１に表されたものと同じである。上筐体１１と下筐体１８は、連結部１３により開閉可能に連結されている。

アンテナ素子１９の先端（給電点２０から給電されて励振されたとき最も強い電界が分布する点）と無給電素子１７の端部１７Ａとの間隔は、使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下とする。そうすると、アンテナ素子１９が給電点２０から給電されて励振されたとき、アンテナ素子１９と無給電素子１７とには、図７において上下に同じ向きの電流が分布し、紙面の手前（人体方向とは反対側）へ向かう電磁界の放射が無給電素子１７を設けない場合に比べて相対的に強められる。すなわち、図１の携帯電話機１におけるのと近い効果が得られる。

実施例１は、アンテナ素子１５又は１９以外のタイプのアンテナ素子を用いる場合であっても、アンテナ素子の励振時に最も強い電界が分布する部分と無給電素子の端部とが８分の１波長以下の間隔で配設されるならば適用することができる。無給電素子１７の上筐体１１への取り付けは、図１または図７に示したように上筐体１１の長手方向に平行な向きに限る必要はなく、上述した効果が得られる限り任意に選ぶことができる。

無給電素子１７の形状は、図１に示したような形状に限らず、使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長に相当し、両端が開放された電気長を含む形状であればどのようなものでもよい。例えば幅の広い短冊形や、任意の多角形もこれに含めることができる。また無給電素子１７は板金に限らず、任意の導体（例えば上筐体１１の外面へのめっき）によって形成することができる。

上筐体１１及び下筐体１２の連結部１３を介する開閉の態様は、１軸の周りに相互に回動させることによる折りたたみ、互いに垂直な２軸の周りに相互に回動させるいわゆる２軸ヒンジ形態をはじめとして、どのような形態であっても差し支えない。

本発明の実施例１によれば、２筐体を開いたときにアンテナ素子と結合するよう無給電素子を配設することにより、通話に用いる時だけ人体方向への放射を抑制することができる。

以下、図８及び図９を参照して、本発明の実施例２を説明する。図８は、本発明の実施例２に係る携帯電話機３の外観図である。このうち左側の図は、携帯電話機３の斜視図であり、この図の左側の矢印方向から表した側面図が右側の図である。携帯電話機３は、上筐体３１及び下筐体３２が、連結部３３により開閉可能に連結されて構成される。図８は、上筐体３１及び下筐体３２が開かれた状態を表している。携帯電話機３は、実施例１の携帯電話機１と同じく、ある幅を有する使用周波数帯において使用される。

上筐体３１の斜視図における奥側の面（側面図における左側の面）には、受話器３４が取り付けられる。携帯電話機３が通話に用いられる状態では、受話器３４が取り付けられた面が人体に向けられる。下筐体３２の連結部３３に近い位置に、アンテナ素子３５が内蔵される。アンテナ素子３５の先端３５Ａは、アンテナ素子３５が給電点３６から給電されて励振されたとき、最も強い電界が分布する点である。

上筐体３１の斜視図における手前側の面（側面図における右側の面）の内側には、無給電素子３７が配設される。無給電素子３７は例えば板金を短冊状に加工して形成され、上筐体３１の受話器３４が取り付けられた面の反対側の内面に例えば図示しないリブで固定される。図８に表された無給電素子３７は、直線状をなす長手方向に、使用周波数帯に属する周波数の４分の１波長に相当する長さを有する。無給電素子３７の連結部３３に近い方の端部３７Ａは開放され、もう一方の端部３７Bは接地されている。なお無給電素子３７は、必ずしも直線状でなくても、４分の１波長相当の電気長を有する形状であればよい。また無給電素子３７を上筐体３１に取り付けた場合、誘電体による波長短縮の効果により実際の長さは４分の１波長以下となる場合がある。

アンテナ素子３５の先端３５Ａと無給電素子３７の端部３７Ａとは、上筐体３１及び下筐体３２が開かれた状態において、使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下に相当する間隔になるように配設される。そうすると、アンテナ素子３５が給電点３６から給電されて励振されたときのアンテナ素子３５及び無給電素子３７上の電流分布は、両端が開放された２分の１波長相当の長さを有する線路（実施例１における無給電素子１７に相当する。）の下半分におけるものと等価である。したがって、アンテナ素子３５及び無給電素子３７によって形成される放射パターンについて、実施例１におけるのと同様の効果が得られる。

実施例１においては、無給電素子１７を上筐体１１の外面に取り付けるようにしたため、一端の接地が容易ではないので両端開放の２分の１波長線路を用いた。実施例２では、無給電素子３７を上筐体３１の内面に取り付けるようにしたため、一端を容易に接地することができる。したがって、４分の１波長線路を無給電素子として用いることができる。

図９は、無給電素子の実装の形態が図８の携帯電話機３とは異なる携帯電話機３０の外観図である。図９は図８と同じく、携帯電話機３０の斜視図及び側面図からなる。携帯電話機３０は、図８とは異なる上筐体３８並びに図８と同じ下筐体３２及び連結部３３から構成される。上筐体３８は基板３９を内蔵し、例えば板金を短冊状に加工して形成された無給電素子４０が、基板３９に例えばスペーサ（図示せず。）を介して取り付けられている。図９に表された無給電素子４０は、直線状をなす長手方向に、使用周波数帯に属する周波数の４分の１波長に相当する長さを有する。無給電素子４０の長手方向の連結部３３に近い方の端部４０Ａは開放され、もう一方の端部４０Ｂは接地されている。なお無給電素子４０は、必ずしも直線状でなくても、４分の１波長相当の電気長を有する形状であればよい。また基板３９の材質と無給電素子４０の取り付け方法によっては、誘電体による波長短縮の効果により、無給電素子４０の実際の長さが４分の１波長以下となる場合がある。

上筐体３８に設けられた受話器３４、下筐体３２、連結部３３、アンテナ素子３５及び給電点３６は、それぞれ図８に表されたものと同じである。上筐体３８と下筐体３２は、連結部３３により開閉可能に連結されている。

アンテナ素子３５の先端３５Ａと無給電素子４０の端部４０Ａとは、上筐体３８及び下筐体３２が開かれた状態において、使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下に相当する間隔になるように配設される。そうすると、アンテナ素子３５と無給電素子４０の位置関係は、図８のアンテナ素子３５と無給電素子３７の位置関係とほぼ等価である。したがって、アンテナ素子３５が給電点３６から給電されて励振されたときアンテナ素子３５及び無給電素子４０によって形成される放射パターンについては、図８の場合と同様の効果が得られる。

両端開放の２分の１波長線路と、一端が接地された４分の１波長線路とは、無給電素子として等価である。したがって、実施例２における無給電素子３７又は４０を、使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長に相当する電気長を有する両端開放線路としてもよい。

実施例２は、アンテナ素子３５以外のタイプのアンテナ素子を用いる場合であっても、励振時に最も強い電界が分布する点と無給電素子の端部とが８分の１波長以下の間隔で配設されるならば適用することができる。無給電素子３７又は４０の上筐体３１又は３８への取り付けは、図８または図９に示したように上筐体３１又は３８の長手方向に平行な向きに限る必要はなく、上述した効果が得られる限り任意に選ぶことができる。

無給電素子３７又は４０の形状は、図８又は図９に示したような形状に限らず、使用周波数帯に属する周波数の４分の１波長に相当し、連結部に近い方の一端が接地され他端が開放された電気長を含む形状であればどのようなものでもよい。例えば幅の広い短冊形や、任意の多角形もこれに含めることができる。また無給電素子３７又は４０は板金に限らず、任意の導体（例えばめっき、基板３９上のパターン、フレキシブル基板、電線）によって形成することができる。

上筐体３１又は３８と下筐体３２の連結部３３を介する開閉の態様は、１軸の周りに相互に回動させることによる折りたたみ、互いに垂直な２軸の周りに相互に回動させるいわゆる２軸ヒンジ形態をはじめとして、どのような形態であっても差し支えない。

本発明の実施例２によれば、実施例１の場合に比べ線路長が半分で済む片側接地の無給電素子を用いても、同等の効果が得られる。

本発明の実施例１に係る携帯電話機の２筐体が開かれたときの外観図。 実施例１に係る携帯電話機のアンテナ素子及び無給電素子における電流分布の一例を表す図。 実施例１に係る携帯電話機の２筐体が閉じられたときの側面図。 実施例１の効果をシミュレーションにより評価するためのモデルを表す図。 図４のモデルでシミュレーションにより得られた第１の放射パターン図。 図４のモデルでシミュレーションにより得られた第２の放射パターン図。 実施例１に係る携帯電話機に固定ヘリカル型のアンテナ素子を用いたときの外観図。 本発明の実施例２に係る携帯電話機の２筐体が開かれたときの外観図。 実施例２に係る携帯電話機に図８と異なる方法で無給電素子を取り付けたときの外観図。

符号の説明

１、１０、３、３０ 携帯電話機
１１、３１、３８ 上筐体
１２、１８、３２ 下筐体
１３、３３ 連結部
１４、３４ 受話器
１５、１９、３５ アンテナ素子
１５Ａ、３５Ａ アンテナ素子の先端
１６、２０、３６ 給電点
１７、３７、４０ 無給電素子
１７Ａ、１７Ｂ、３７Ａ、４０Ａ 無給電素子の開放された端部
２１ シミュレーションモデルの上筐体に内蔵する地板
２２ シミュレーションモデルの下筐体に内蔵する地板
２３ シミュレーションモデルのアンテナ素子
２４ シミュレーションモデルの無給電素子
３７Ｂ、４０Ｂ 無給電素子の接地された端部
３９ 基板

Claims (5)

1. 第１の筐体と、
   受話器が配設された面を有してなる第２の筐体と、
   前記第１の筐体及び前記第２の筐体を開閉可能に連結する連結部と、
   前記第１の筐体に配設されたアンテナ素子と、
   使用周波数帯に属する周波数の２分の１波長に相当する電気長を含んで形成されると共に前記電気長の両端が開放され、かつ、前記両端のうちの一端は、前記第１の筐体及び前記第２の筐体が開かれたとき、前記アンテナ素子中の励振時に最も強い電界が分布する点から前記使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下の距離にあるように、前記第２の筐体の受話器が配設された面の反対側に配設された無給電素子とを
   備えたことを特徴とする携帯電話機。
2. 前記無給電素子は、前記第２の筐体の受話器が配設された面の反対側の外面に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の携帯電話機。
3. 第１の筐体と、
   受話器が配設された面を有してなる第２の筐体と、
   前記第１の筐体及び前記第２の筐体を開閉可能に連結する連結部と、
   前記第１の筐体に配設されたアンテナ素子と、
   使用周波数帯に属する周波数の４分の１波長に相当する電気長を含んで形成されると共に前記電気長の一端が接地され、かつ、前記電気長の他端は開放されて、前記第１の筐体及び前記第２の筐体が開かれたとき、前記アンテナ素子中の励振時に最も強い電界が分布する点から前記使用周波数帯に属する周波数の８分の１波長以下の距離にあるように、前記第２の筐体の受話器が配設された面の反対側に配設された無給電素子とを
   備えたことを特徴とする携帯電話機。
4. 前記無給電素子は、前記第２の筐体の受話器が配設された面の反対側の内面に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の携帯電話機。
5. 前記第２の筐体は基板を内蔵し、前記無給電素子は、前記第２の筐体の前記受話器が配設された面と反対側を向く前記基板の面に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の携帯電話機。

Images