JP2008177753A - 移動体無線通信機 - Google Patents

Abstract

【課題】通話使用時には人体頭部によるアンテナ特性への影響を軽減すると共にアンテナ放射電波が人体頭部に及ぼす影響を軽減し、アンテナに人体が近接しない場合、遮蔽板金属がアンテナに近接することによるアンテナ特性の劣化を抑えた移動体無線通信機を提供する。
【解決手段】高周波無線回路（８）が実装された回路基板（２）と、前記高周波無線回路（８）と接続されたアンテナ（３）と、前記回路基板（２）のグランドパターンと導通接続されない金属板（４）と、前記回路基板（２）および前記アンテナ（３）を収納する筐体（１Ａ）とを備え、前記金属板（４）は、前記アンテナ（３）と受話部（５）との間に配置され、前記金属板（４）と前記回路基板（２）のグランドパターンとは近接して配置されている。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、携帯電話などの移動体通信機器に関し、より特には、通話時における人体の影響を軽減する携帯無線通信機に関する。

携帯電話機に搭載されるアンテナが通話使用時に人体頭部に近接する位置に配置されている場合、人体頭部によるアンテナ特性の劣化や、アンテナからの放射電磁波による人体頭部への影響が懸念される。この問題の対策として、携帯電話を通話使用状態に保持したときにアンテナが人体頭部から遮蔽されるような位置に金属板などから成る遮蔽板を配設する従来技術がある（特許文献１）。

図４ａは、このような従来技術の携帯電話の構成を示す断面図であり、図４ｂはその通話使用状態を説明する図である。図４ａに示すように、従来技術の携帯電話は、樹脂の筐体４１と、回路基板４２と、回路基板４２の受話器側端部に実装されたアンテナ４３と、遮蔽板４４とを備える。筐体４１は、受話器４５と、送話器４６と、操作キー４７とを備える。アンテナ４３は、基板４２上に実装された高周波無線回路４８と給電線路によって接続される。遮蔽板４４は、回路基板４２に接地されている。

この構造によれば、図４ｂに示すように、携帯電話を通話使用状態に保持した場合でも、近接する人体頭部３１とアンテナとの間に遮蔽板が存在するため、アンテナは人体頭部３１による影響を受けにくくなり、アンテナ特性の劣化は軽減され、またそれと同時に、人体頭部３１がアンテナから受ける影響も軽減されるという効果がある。

特開平１１−３１９０９号公報

しかしながら、近年の携帯電話の薄型化、小型化を考慮すると、上述した従来技術のような構成では、アンテナと遮蔽板の距離を波長に対して十分にとることは困難である。したがって、従来技術のような遮蔽板を配設することは、通話使用状態での劣化軽減および人体への影響軽減という効果はあるものの、通話使用状態ではなくアンテナに人体が近接しない状態では、アンテナに対するグランド金属近接により、アンテナの電気的体積が減少するため、アンテナ特性が劣化するという問題が生じる。これを解決するためには、アンテナ体積を増加させる必要があり、近年の携帯電話の薄型化、小型化の要求に反するという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、通話使用時には人体頭部によるアンテナ特性への影響を軽減すると共にアンテナ放射電波が人体頭部に及ぼす影響を軽減し、アンテナに人体が近接しない場合、遮蔽板金属がアンテナに近接することによるアンテナ特性の劣化を抑えた移動体無線通信機を提供することを目的とする。

本発明の移動体無線通信機は、高周波無線回路が実装された回路基板と、前記高周波無線回路と接続されたアンテナと、前記回路基板のグランドパターンと導通接続されない金属板と、前記回路基板および前記アンテナを収納する筐体とを備え、前記金属板は、前記アンテナと受話部との間に配置され、前記金属板と前記回路基板のグランドパターンとは近接して配置されていることを特徴とする。これにより、通話使用状態で人体頭部が金属板に接近したときには、金属板は人体頭部を介して回路基板のグランドパターンと容量結合し、金属板はグランド板となりアンテナを人体頭部から遮蔽し、人体によるアンテナ特性の劣化およびアンテナ電波の人体に対する影響を軽減しつつ、人体が近接しない状態では、金属板は電気的に浮遊し、無給電かつ非接地の状態となるため、アンテナ特性劣化を回避することが可能となる。

前記回路基板のグランドパターンと導通接続された導電性部品をさらに備え、前記金属板は前記導電性部品と導通接続されず、かつ、近接して配置されているようにしてもよい。これにより、通話使用状態で人体頭部が金属板に近接したときには、金属板は人体頭部を介して導電性部品と容量結合し、人体が近接しない状態では、金属板は電気的に浮遊し、無給電かつ非接地の状態となる。したがって、アンテナや金属板が回路基板と離れた位置に配設されている場合でも、上記と同様の効果を得ることが可能となる。

前記金属板の共振波長は前記アンテナの共振波長と略同じであってもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、金属板とアンテナは複共振を生じ、広帯域なアンテナ特性を得ることが可能となる。

前記金属板の共振波長は前記アンテナの共振波長より長くてもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、金属板はアンテナに対する反射器として動作させることが可能となる。金属板がアンテナよりも移動体無線通信端末の表面側に配置されているため、アンテナの放射パターンを移動体無線通信端末の背面側に向けることが可能となる。

前記金属板の共振波長は前記アンテナの共振波長より短くてもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、金属板はアンテナに対する導波器として動作させることが可能となる。金属板がアンテナよりも移動体無線通信端末の表面側に配置されているため、アンテナの放射パターンを端末の前方方向に向けることが可能となる。

前記金属板にスリットを設けてもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、金属板の設置可能な面積内において、金属板により低い共振波長を持たせることが可能となる。

前記金属板は複数の金属板片から成り、それぞれの金属板片は導通と絶縁とで切り替え可能な素子で接続されていてもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、使用シーンに応じて金属板片同士の接続状態を切り替えることにより、金属板の反射器または導波器としての動作を切り替え、アンテナ電波の放射方向を切り替えることが可能となる。

前記金属板は複数の金属板片から成り、それぞれの金属板片は周波数選択素子で接続されていてもよい。これにより、人体頭部が近接しない状態では、アンテナが複数周波数に対応したシステムに対しても、それぞれの周波数帯に応じて周波数選択素子により金属板片同士の接続状態が変化し、金属板の電気長が変わるため、金属板に所望の共振波長を持たせることが可能となる。

本発明によれば、通話使用時には人体頭部によるアンテナ特性への影響を軽減すると共にアンテナ放射電波が人体頭部に及ぼす影響を軽減し、アンテナに人体が近接しない場合、遮蔽板金属がアンテナに近接することによるアンテナ特性の劣化を抑えた移動体無線通信機が実現する。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１ａは、本実施形態の携帯電話端末の一部を断面とした側面図、図１ｂは正面図である。本実施形態の携帯電話は、ヒンジ１Ｃを介して折り畳み可能に接続された上側筐体１Ａと下側筐体１Ｂとを備える。

上側筐体１Ａは、受話部５と、液晶表示パネル９と、液晶表示パネル９を補強する液晶ホルダ１０と、回路基板２と、回路基板上に実装された高周波無線回路８と、回路基板２上に実装されたアンテナ３と、金属板４とを備える。液晶ホルダ１０は、マグネシウム合金等の導電性金属で、液晶表示パネル９の表示面を除いた周囲を囲むように形作られている。液晶ホルダ１０と回路基板２のグランドパターンとは、複数箇所において金属ばね１１によって導通接続されている。受話部５は、上側筐体１Ａの上端に配設される。アンテナ３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信用の１／４λ逆Ｌアンテナ方式であり、回路基板２の上端に実装される。高周波無線回路８は、ＧＰＳ受信回路であり、伝送線路によってアンテナ３と電気的に接続される。

回路基板２のグランドパターンは、図５に示すように、回路基板２上のアンテナ実装位置以外の任意の場所のグランド電位のパターンである。回路基板２と別体として存在するものではない。実際には表層に部品が実装されるので、全面がグランド電位とはならない。

金属板４は、上側筐体１Ａの内部上端に、回路基板２と略平行、かつ、液晶表示パネル９の表示面と略同一平面内に、液晶ホルダ１０とは間隙をもって配設され、回路基板２のグランドパターンや液晶ホルダ１０とは導通接続されない。また、金属板４の電気長は、おおよそアンテナ３の共振周波数における２分の１波長とする。下側筐体１Ｂは、送話部６と、操作キー７とを備え、内部には図示しない回路基板を有する。

図１ｃは、本実施形態の携帯電話端末の通話使用状態を示す図である。この図に示すように、人体の耳が受話部５に当てられると、人体頭部３１がアンテナ３に近接することになるが、人体頭部３１とアンテナ３との間に金属板４が位置することになり、また、金属板４は、人体頭部３１を介して液晶ホルダ１０および回路基板２のグランドパターンと容量結合することで反射板として動作する。これにより、金属板４が存在しない場合と比較して、人体頭部３１がアンテナ３へ及ぼす影響が軽減する。一方、通話使用状態ではなく、アンテナ３および金属板４に人体が近接していない状態では、金属４は、電気的に浮遊した無給電かつ非接地の状態となる。したがって、金属板４上にアンテナ３の逆相の影像電流が流れることはないため、アンテナ３の特性劣化を回避することができる。さらに、金属板４の電気長が、アンテナ３の共振周波数における２分の１波長、すなわち、本実施形態の場合、ＧＰＳ帯の共振周波数における２分の１波長と近いため、両者による複共振が生じ、広帯域特性を得ることが可能となる。

上述の実施形態において、通信システムはＧＰＳとしているが、他の通信システム、例えば、セルラ電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＡＮ等でもかまわない。また、金属板４は、筐体と一体成型されたものや、筐体に対して蒸着又はメッキされた金属膜や、フレキシブル基板やプリント基板上に形成された導電パターンであってもかまわない。また、アンテナ３は、基板上のパターンとして構成されたものや、金属板や金属箔で構成されたものや、筐体に対する蒸着やメッキなどによって形成されたものであってもかまわない。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２ａは、本実施形態の携帯電話の一部を断面とした側面図であり、図２ｂは正面図である。図２ａおよび図２ｂにおいて、図１ａおよび図１ｂに示す第１の実施形態の携帯電話と同様の要素は同じ参照符によって示す。本実施形態の携帯電話は、ヒンジ１Ｃを介して折り畳み可能に接続された上側筐体１Ａと下側筐体１Ｂとを備える。

上側筐体１Ａは、受話部５と、液晶表示パネル９と、液晶表示パネル９を補強する液晶ホルダ１０と、回路基板２と、回路基板２上に実装された高周波無線回路８と、回路基板２上に実装されたアンテナ３と、金属板２４とを備える。液晶ホルダ１０は、マグネシウム合金等の導電性金属で、液晶表示パネル９の表示面を除いた周囲を囲むように形作られている。液晶ホルダ１０と回路基板２のグランドパターンとは、複数箇所において金属ばね１１によって導通接続されている。受話部５は、上側筐体１Ａの上端に配設される。アンテナ３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信用の１／４λ逆Ｌアンテナ方式であり、回路基板２の上端に実装される。高周波無線回路８は、ＧＰＳ受信回路であり、伝送線路によってアンテナ３と電気的に接続される。下側筐体１Ｂは、送話部６と、操作キー７とを備え、内部には図示しない回路基板を有する。本実施形態におけるアンテナ３と高周波無線回路８は、第１の実施形態と同様にＧＰＳ用とする。

図２ｃは、金属板２４を詳細に示す図である。金属板２４は、フレキシブル基板２６上のパターンによって形成されており、中央に配置された第１の金属パターン２４Ａと、第１の金属パターン２４Ａの両横に配置された第２の金属パターン２４Ｂとを備える。フレキシブル基板２６上には、さらに、第１の金属パターン２４Ａと第２の金属パターン２４Ｂの間の接続を導通と非導通で切り替えることができるスイッチ素子１２が実装されている。フレキシブル基板２６上には、さらに、スイッチ素子１２に回路基板２からのコントロール信号を与えるためのコントロールライン１３と、コントロールライン１３を、第１および第２の金属パターン２４Ａおよび２４Ｂから、アンテナの共振周波数帯で電気的にオープンにするためのチョークフィルタ１４とが実装されている。コントロールライン１３は、回路基板２に実装されたコネクタ１５に接続されている。第２の金属パターン２４Ｂにはスリット２４Ｅが設けられており、これにより、第２の金属パターンの電気長は長くなっている。第１の金属パターン２４Ａの電気長は、アンテナ３の共振周波数における２分の１波長よりも短い。第１の金属パターン２４Ａと第２の金属パターン２４Ｂをスイッチ素子１２によって導通接続した場合の電気長は、アンテナ３の共振周波数における２分の１波長よりも長くなる。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られ、さらに、携帯電話の使用状態に応じて金属板２４の大きさ、すなわち、金属板２４の共振波長を切り替えることが可能となり、金属板２４を、アンテナ３に対する反射器または導波器として切り替えて動作させることができる。また、第２の金属パターン２４Ｂにはスリット２４Ｅを設けてあるため、携帯電話端末内という限られたスペースの中で、金属板２４を反射器として動作するのに十分な電気長とすることを可能としている。

図２ｄは、本実施形態の携帯電話端末の通話使用状態を示す図である。この図において、人が本実施形態の携帯電話端末を液晶表示部を見ながら操作するように保持した状態を示す。例えば、この図に示すように携帯電話端末を保持してＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する場合には、スイッチ素子１２をオフ状態にして、第１の金属パターン２４Ａと第２の金属パターン２４Ｂを電気的に切り離し、金属板２４の電気長をアンテナ３の共振周波数における２分の１波長よりも短くし、金属板２４を導波器として動作させることで、アンテナ３の放射パターンを、携帯電話端末の前方方向、すなわち、高仰角方向２１に向けることができる。

しかしながら、ある測位タイミングでＧＰＳ衛星が高仰角方向２１に位置しておらず、十分なＧＰＳ信号が受信できずに測位精度が上がらないと判定された場合には、スイッチ素子１２をオン状態にして、第１の金属パターン２４Ａと第２の金属パターン２４Ｂを電気的に接続し、金属板２４の電気長をアンテナ３の共振周波数における２分の１波長よりも長くし、金属板２４を反射器として動作させることで、アンテナ３の放射パターンを、携帯電話端末の背面方向、すなわち、水平面方向に切り替えて、低仰角方向２２に位置しているＧＰＳ衛星からの信号をより良好に受けることができるようになる。

本実施形態において、通信システムはＧＰＳとしているが、他の通信システム、例えば、セルラ電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＡＮ等でもかまわない。また、金属板２４は、板金や、金属箔や、筐体と一体成型されたものや、筐体に対して蒸着又はメッキされた金属膜や、プリント基板上に形成された導電パターンであってもかまわない。また、第２の金属パターン２４Ｂは、片側１個だけでもかまわないし、３個以上あってもかまわない。また、アンテナ３は、基板上のパターンとして構成されたものや、金属板や金属箔で構成されたものや、フレキシブル基板上のパターンで構成されたものや、筐体と一体成型されたものや、筐体に対する蒸着やメッキなどによって形成されたものであってもかまわない。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３ａは携帯電話の本発明の第３の実施形態の携帯電話端末の一部を断面とした側面図であり、図３ｂは正面図である。

図３ａおよび図３ｂにおいて、図１ａおよび図１ｂに示す第１の実施形態の携帯電話と同様の要素は同じ参照符によって示す。本実施形態の携帯電話は、ヒンジ１Ｃを介して折り畳み可能に接続された上側筐体１Ａと下側筐体１Ｂとを備える。

上側筐体１Ａは、受話部５と、液晶表示パネル９と、液晶表示パネル９を補強する液晶ホルダ１０と、回路基板２と、回路基板２上に実装された高周波無線回路８と、回路基板２上に実装されたアンテナ３と、金属板３４とを備える。液晶ホルダ１０は、マグネシウム合金等の導電性金属で、液晶表示パネル９の表示面を除いた周囲を囲むように形作られている。液晶ホルダ１０と回路基板２のグランドパターンとは、複数箇所において金属ばね１１によって導通接続されている。受話部５は、上側筐体１Ａの上端に配設される。アンテナ３は、回路基板２の上端に実装される。高周波無線回路３は、伝送線路によってアンテナ３と電気的に接続される。下側筐体１Ｂは、送話部６と、操作キー７とを備え、内部には図示しない回路基板を有する。

アンテナ３および高周波無線回路８は、２つの周波数帯、すなわち、ｆ１帯およびｆ２帯に対応したセルラ電話用であり、アンテナ３は、ｆ１帯およびｆ２帯で共振する。ここで、ｆ１帯を低い周波数帯、ｆ２帯を高い周波数帯とする。

図３ｃは、金属板３４を詳細に示す図である。金属板３４は、フレキシブル基板３６上のパターンによって形成されており、中央に配置された第１の金属パターン３４Ａと、第１の金属パターン３４Ａの両横に配置された第２の金属パターン３４Ｂとを備える。フレキシブル基板３６上には、さらに、ｆ１帯を透過し、ｆ２帯を阻止するフィルタ素子１６が実装されている。第１の金属パターン３４Ａと第２の金属パターン３４Ｂとは、フィルタ素子１６を介して接続される。第１の金属パターン３４Ａの電気長は、略ｆ２帯の２分の１波長とする。第１の金属パターン３４Ａと第２の金属パターン３４Ｂを、フィルタ素子１６が実装された位置で導通接続した場合の電気長は、略ｆ１帯の２分の１波長とする。

本実施形態において、セルラ電話においてｆ１帯が使用されているときには、フィルタ素子１６はｆ１帯を通過させるため、第１の金属パターン３４Ａと第２の金属パターン３４Ｂは導通接続されていることになり、金属板３４としての電気長は、略ｆ１帯の２分の１波長となる。このとき、アンテナ３と金属板３４は、略ｆ１帯において複共振を生じ、広帯域なアンテナ特性が得られる。

また、セルラ電話においてｆ２帯が使用されているときには、フィルタ素子１６はｆ２帯を透過させないため、第１の金属パターン３４Ａと第２の金属パターン３４Ｂは導通接続されず、金属板３４としての電気長は、略ｆ２帯の２分の１波長となる。このとき、アンテナ３と金属板３４は、略ｆ２帯において複共振を生じ、広帯域なアンテナ特性が得られる。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られ、さらに、複数の周波数帯に対応するシステムにおけるそれぞれの周波数帯に対しても同様の効果を得ることが可能となる。

本実施形態において、通信システムはセルラ電話としているが、他の通信システム、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＡＮ等でもかまわない。また、金属板３４は、板金や、金属箔や、筐体と一体成型されたものや、筐体に対して蒸着又はメッキされた金属膜や、プリント基板上に形成された導電パターンであってもかまわない。また、第２の金属パターン３４Ｂは、片側１個だけでもかまわないし、３個以上あってもかまわない。また、アンテナ３は、基板上のパターンとして構成されたものや、金属板や金属箔で構成されたものや、フレキシブル基板上のパターンで構成されたものや、筐体と一体成型されたものや、筐体に対する蒸着やメッキなどによって形成されたものであってもかまわない。

本発明は、携帯電話などの移動体通信機器に利用可能である。

本発明の第１の実施形態の携帯電話端末の側面図である。 本発明の第１の実施形態の携帯電話端末の平面図である。 本発明の第１の実施形態の携帯電話端末の通話使用状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の携帯電話端末の側面図である。 本発明の第２の実施形態の携帯電話端末の平面図である。 本発明の第２の実施形態の携帯電話端末の金属板を詳細に示す図である。 本発明の第２の実施形態の携帯電話端末の通話使用状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態の携帯電話端末の側面図である。 本発明の第３の実施形態の携帯電話端末の平面図である。 本発明の第３の実施形態の携帯電話端末の金属板を詳細に示す図である。 従来の携帯電話端末の側面図である。 従来の携帯電話端末の通話使用状態を示す図である。 グランドパターンを説明する斜視図である。

符号の説明

１Ａ 上側筐体
１Ｂ 下側筐体
１Ｃ ヒンジ
２ 回路基板
３ アンテナ
４、２４、３４ 金属板
５ 受話部
６ 送話部
７ 操作キー
８ 高周波無線回路
９ 液晶表示パネル
１０ 液晶ホルダ
１１ 金属ばね
１２ スイッチ素子
１３ コントロールライン
１４ チョークフィルタ
１５ コネクタ
１６ フィルタ
２６、３６ フレキシブル基板
２４Ａ、３４Ａ 第１の金属パターン
２４Ｂ、３４Ｂ 第２の金属パターン
２４Ｅ スリット

Claims (8)

1. 高周波無線回路が実装された回路基板と、
   前記高周波無線回路と接続されたアンテナと、
   前記回路基板のグランドパターンと導通接続されない金属板と、
   前記回路基板および前記アンテナを収納する筐体とを備え、
   前記金属板は、前記アンテナと受話部との間に配置され、
   前記金属板と前記回路基板のグランドパターンとは近接して配置されていることを特徴とする移動体無線通信機。
2. 前記回路基板のグランドパターンと導通接続された導電性部品をさらに備え、
   前記金属板は前記導電性部品と導通接続されず、かつ、近接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の移動体無線通信機。
3. 前記金属板の共振波長が前記アンテナの共振波長と略同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体無線通信機。
4. 前記金属板の共振波長が前記アンテナの共振波長より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体無線通信機。
5. 前記金属板の共振波長が前記アンテナの共振波長より短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体無線通信機。
6. 前記金属板にスリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移動体無線通信機。
7. 前記金属板は複数の金属板片から成り、それぞれの金属板片は導通と絶縁とで切り替え可能な素子で接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移動体無線通信機。
8. 前記金属板は複数の金属板片から成り、それぞれの金属板片は周波数選択素子で接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移動体無線通信機。

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