JP2008211479A - 携帯通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯通信端末の動作状態にかかわらず安定したアンテナ性能を維持するための技術を提供する。
【解決手段】携帯通信端末（101）は、基板に接続されたアンテナ（6）と、一端が基板のグランドに電気的に接続された導電性を有する部品（8）と、部品および基板のグランド間に挿入されたマッチング回路（110）と、自端末の動作状態の変化を検出する状態変化検出部（18）とを備える。マッチング回路は、自端末の動作状態の変化に応じて部品のインピーダンスをアンテナの入力インピーダンスに対応させる手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信機能を具備する携帯通信端末に関し、特に、アンテナのインピーダンス特性を調整するための整合回路を備える携帯通信端末に関する。

携帯電話機をはじめとする小型の携帯通信端末において、アンテナ周囲に実装される電気部品が基板のＧＮＤから突出した状態におかれる場合がある。この場合、その電気部品とアンテナエレメントとの間に生じる電気容量により、アンテナの入力インピーダンス及び放射特性に劣化の影響を与えることがある。かかる影響に関し、図面を用いて具体的に説明する。

図６に、一般的な折りたたみ式携帯電話機の概観を示す。携帯電話機100は、カメラ1、レシーバー2、表示部であるＬＣＤ3、入力操作するための入力キー4、マイク5などにより構成されている。

図７に、携帯電話機100の筐体ケースを取り外した状態を簡略に示す。アンテナ6は、今日では一般的となった筐体ケース内部に実装されるタイプのものであり、その給電点7は上部基板ＧＮＤ10に接続されている。電気部品8は、例えば、前述のカメラ1、レシーバー2、マイク5や、バイブレーター、スピーカーなどを指すが、具体的な機能を持つ部品に限らず、金属を含有する部品類のように導電性を有する部品の全てを対象とする。

電気部品8のリード線19は、音声の入出力信号や制御信号の入出力端子と接続される。また、電気部品8から伸びる他の１つ以上のラインは接地される。図示の例では、リード線（信号線）19とは別個のリード線9が上部基板ＧＮＤ10に接続されている。なお、上部基板ＧＮＤ10及び下部基板ＧＮＤ11は、実際にはフレキシブルケーブルを用いて接続されるのが一般的であるが、本説明では、これら２枚の基板（10,11）が１枚の基板として電気的に完全に接続されているものと考える。

図７に示す構成において、アンテナ6の近傍に実装されている電気部品8は、その片側のリード線9がＧＮＤ（10）に接地されているため、基板端から突出した形状のＧＮＤと見なすことができる。このように、電気部品8がアンテナ6と近接することで、アンテナ6のインピーダンスが低下することから、電気部品8の存在は、アンテナ6の入力インピーダンスの帯域及び放射特性が劣化する原因となる。

図８に、アンテナ特性を改善するための従来の構成例を示す。図示の携帯通信端末100´において、マイクやスピーカー等の電気部品8は、リード線9により基板ＧＮＤに接続され、端末の動作を制御する制御部15の回路にリード線19により接続されている。この構成において、無線部16及びアンテナ6間には、それらのインピーダンスを整合するためのアンテナ整合回路17が挿入される。

ところで、電気部品の配置に起因するアンテナ特性の劣化の影響は、その電気部品がＧＮＤに接続されている場合に、より現れやすい。その改善策の一つとして、例えば後述の特許文献１にて提案されているような、電気部品と基板ＧＮＤとの接続ラインに、直列のコイルなどから構成される整合回路を挿入するという手法がある。整合回路を挿入して高周波的に高インピーダンスにすることで、アンテナの放射効率の広帯域化を実現することができる。

また、基板ＧＮＤから突出した電気部品（8）による影響は、端末の筐体が閉じられた状態においても現れやすい。図９に、図６及び図７に示す携帯電話機100の筐体を閉じた状態の正面図を示す。また、図１０に、その側面図を示す。図９及び図１０に示すように、筐体の閉状態では、電気部品8が接続されている上部基板ＧＮＤ10が、開状態のときよりも下部基板ＧＮＤ11と接近する。これにより電気部品8のインピーダンスが変動すると、アンテナ6の入力インピーダンス及び放射特性も変動する。

一般的には、λ/２系のアンテナの場合は、アンテナの接地部の反対側において、アンテナの電流分布が０となるため、インピーダンスがオープンである。よって、λ/２系の場合は、アンテナの放射パターンが金属シールド筐体の大きさや長さ等から影響を受けることは少ない。

一方、λ/４系のアンテナの場合は、筐体ＧＮＤが影像板としてアンテナの放射に寄与するため、多くの電流が筐体側にも流れる。よって、その筐体（基板）の長さや形状が、アンテナの放射パターンに大きな影響を与えることから、λ/４系のアンテナの筐体（基板）は、アンテナの一部とみなすことができる。それゆえに、基板ＧＮＤ端から突出した電気部品及びその接地ＧＮＤ線の長さは、アンテナ特性に影響を与えやすい。
特開２００２−００９５２１号公報（特許第３６７１８５９号）

図９及び図１０を参照して前述したように、折りたたみ式の携帯電話機の場合、筐体の開状態と閉状態とでは、電気部品8のＧＮＤ線（9）と、基板ＧＮＤ（11）との位置関係が異なる。そのため、筐体の開閉により電気部品8のインピーダンスが変化する。

しかしながら、特許文献１に記載されている上記手法では、直列コイルにより構成される整合回路の回路定数は固定的なものである。よって、電気部品が筐体の開閉ごとにアンテナの入力インピーダンスに影響を与えることを上記手法で対処することは困難である。なぜなら、定数が固定された整合回路を用いても、アンテナの入力インピーダンス特性が改善する周波数帯が得られる一方で、劣化する周波数が発生するおそれがあるからである。

また、従来、図８に示すようなアンテナ整合回路（17）を複数用意し、それらを切り替えることで、所望の帯域における入力インピーダンス特性及び放射特性を得る技術が知られている。そのためには、アンテナ（6）と無線部（16）との間に他のアンテナ整合回路および切り替え回路を追加する必要があるが、アンテナ（6）及び無線部（16）間の配線パターンが増えることは伝送損失につながる。よって、複数のアンテナ整合回路を切り替えるという手法は、現実的には望ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、携帯通信端末の動作状態にかかわらず安定したアンテナ性能を維持するための技術を提供することを目的とする。

本発明に係る携帯通信端末は、基板に接続されたアンテナと、一端が前記基板のグランドに電気的に接続された導電性を有する部品と、前記部品および基板のグランド間に挿入されたマッチング回路と、自端末の動作状態の変化を検出する状態変化検出部とを備え、前記マッチング回路は、自端末の動作状態の変化に応じて前記部品のインピーダンスを前記アンテナの入力インピーダンスに対応させる手段を有する。

本発明によれば、基板のグランドに接続された部品のインピーダンスが端末の動作状態の変化により変動してアンテナの入力インピーダンスに影響を与えることを防ぐことができる。これにより、アンテナの放射特性の劣化が回避されることから、アンテナ特性を安定させることができる。

図１に、本発明の実施形態の構成を示す。携帯通信端末101は、無線部16及びアンテナ6間に、それらのインピーダンスを整合させるためのアンテナ整合回路17が設けられている。また、マイク、カメラ、スピーカー、バイブレーターのような導電性を有する任意の部品である電気部品8が、リード線（信号線）19により制御部15の回路に接続されている。電気部品8は、リード線（GND側）9により、基板（図示略）のＧＮＤに電気的に接続される。

電気部品8は、端末において、アンテナ6の入力インピーダンス特性に劣化の影響を与えやすい箇所に実装されている。この箇所とは、例えば図７に示すように、実装される電気部品8が基板のＧＮＤから突出するような箇所である。アンテナ6の種別および形状は、特に限定されないが、λ/２型あるいはλ/４型をはじめとした、端末に内蔵可能な小型アンテナが対象となる。

本実施形態の携帯通信端末101は、上記構成に加え、電気部品8及びＧＮＤ間のラインに挿入されたマッチング回路110と、自端末の動作状態の変化を検出する状態変化検出部18とを備える。

マッチング回路110は、図１に示すように、その一端が電気部品8のリード線（GND側）9に接続され、他端が接地されている。このマッチング回路110は、自端末の動作状態の変化に応じて電気部品8のインピーダンスをアンテナ6の入力インピーダンスに対応させるよう動作する回路構成を持つ。

状態変化検出部18は、携帯通信端末101の動作に関し予め設定された状態の変化を検出する機能を持つ。制御部15は、状態変化検出部18により動作状態の変化が検出されるごとに、切り替え制御線20を通じて、マッチング回路110に対し動作の切り替え命令を送る。

図２に、上記携帯通信端末101（図１）に関する実施例１の構成を示す。本実施例は、端末の筐体を開閉することができる折りたたみ型またはスライド型あるいは旋回型等の端末に好適である。

図２に示すように、携帯通信端末101Aは、前述の状態変化検出部18（図１）として、筐体の開閉状態の変化を検出する開閉検出部18Aを備える。この開閉検出部18Aは、筐体の開閉状態を検出する機能を具備するホールＩＣにより構成することができる。

ここで、筐体の開状態とは、例えば図６及び図７に示すように筐体が展開された状態を指す。また、閉状態とは、図９及び図１０に示すように、筐体の基板ＧＮＤが重ねられることにより電気部品8のインピーダンスが開状態から変化する状態を指す。

携帯通信端末101Aのマッチング回路110Aは、図２に示すように、２系統の整合回路13A及び整合回路14Aと、制御部15からスイッチ制御線20Aを通じて送られる命令に従い整合回路（13A,14A）を切り替えるスイッチ12とから構成される。スイッチ12は、電気部品8のリード線（GND側）9に接続されている。整合回路13A及び整合回路14Aは、それぞれの一端がスイッチ12に接続され、他端が接地されている。

整合回路13Aは筐体の開状態に対応し、他方の整合回路14Aは閉状態に対応する。本実施例において、整合回路13Aは、筐体の開状態においてアンテナ整合回路17の入力インピーダンス特性を最適化する回路定数、すなわち開状態において電気部品8のインピーダンスをアンテナ6の入力インピーダンスに対応させるための回路定数を持つ。また、整合回路14Aは、筐体の閉状態においてアンテナ整合回路17の入力インピーダンス特性を最適化する回路定数を持つ。

図３に、携帯通信端末101Aの動作に関するフローチャートを示す。携帯通信端末101Aの待ち受け状態あるいは通信状態において、開閉検出部18Aが筐体の開閉状態の変化を検出すると（ステップS1）、その情報が制御部15で認識される。制御部15は、認識した情報が筐体の閉状態から開状態への変化を示す場合（ステップS2：Yes）、スイッチ12Aに対し、整合回路14Aから整合回路13Aへの切り替えを指示する（ステップS3）。また、開状態から閉状態への変化を示す場合は（ステップS2：No）、スイッチ12Aに対し、整合回路13Aから整合回路14Aへの切り替えを指示する（ステップS4）。

上記実施例１の携帯通信端末101Aによれば、筐体の開閉状態の変化に応じてマッチング回路110Aの定数が切り替えられることから、電気部品8のインピーダンスの変動に起因するアンテナ6の入力インピーダンスへの影響を防ぐことができる。

図５に、上記携帯通信端末101（図１）に関する実施例２の構成を示す。本実施例は、複数の形式の無線通信手段を具備する、いわゆる広帯域周波数対応の端末に好適である。

本実施例の携帯通信端末101Bは、状態変化検出部18（図１）として、自端末が実行する無線通信の形式の変化を認識する無線切り替え検出部18Bを備える。この無線切り替え検出部18Bには、少なくとも、無線形式の変化を認識する機能を与えればよく、何れの無線形式を適用すべきかを判断する機能まで持たせる必要はない。

ここで、無線通信の形式は、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）による９００ＭＨｚ帯の６２ｃｈ、あるいは、ＤＣＳ（Digital Communication System）による１８００ＭＨｚ帯の６９８ｃｈなど、端末（101B）が選択可能な周波数帯域及びチャネルの組み合わせにより定義することができる。

また、無線切り替え検出部18Bが検出する無線形式の変化は、筐体の開閉状態の変化と対応付けられている。例えば、周波数Ｘの帯域におけるＹチャネルによる無線通信では端末が開状態で使用され、周波数Ｍの帯域のＮチャネルの無線通信では閉状態で使用されるというように、無線形式と開閉状態との関係が予め定義されている。

本実施例の携帯通信端末101Bは、図５に示すように、無線通信の２つの形式に対応する２系統の整合回路13B及び整合回路14Bを備える。整合回路13Bは、周波数Ｘの帯域におけるＹチャネルによる無線通信においてアンテナ整合回路17の入力インピーダンス特性を最適化する回路定数を持つ。整合回路14Bは、周波数Ｍの帯域におけるＮチャネルによる無線通信においてアンテナ整合回路17の入力インピーダンス特性を最適化する回路定数を持つ。

携帯通信端末101Bの動作は、図４により説明した前述の携帯通信端末101Aの動作に準じたものであり、詳細な説明は省略する。本実施例では、無線切り替え検出部18Bが検出する無線形式の変化に応じて、スイッチ12Bが整合回路13Bまたは整合回路14Bに切り替えられる。

上記実施例２の携帯通信端末101Bによれば、直接的に筐体の開閉状態を検出することなくマッチング回路110Bの定数を切り替えることができる。これにより、例えば、電気部品8が設けられた筐体部分が自在に旋回する端末のように、開閉状態の判断が容易ではない端末や、動作状態を２通りに規定し難い端末にも対処することができる。

上記各実施例における各整合回路（13A/14A,13B/14B）は、マッチング回路に求められる回路定数に応じて適宜構成することができる。一例を挙げると、図５に示すように、チップコイル及びコンデンサ等の３素子（21,22,23）を用いたπ型により整合回路を構成することができる。また、必要とされる定数を持つ構成であれば、図５のような３素子によるπ型に限らず、１素子又は２素子あるいは４素子以上による他の回路構成であってもよい。さらに、各整合回路（13A/14A,13B/14B）が相互に異なる構成であってもよい。

本発明の実施形態として示した携帯通信端末101（図１）は、２系統の動作状態を認識するものであるが、本発明を実施するにあたっては、端末に定義する動作状態は２つに限らず、３つ以上としてもよい。動作状態を３つ以上定義しても、それらの動作状態に対処可能なマッチング回路（110）を電気部品（8）からＧＮＤへ至る経路に挿入することにより、本発明を実施することができる。

マッチング回路110の構成は、図２及び図４に示す各実施例のものに限らず、他の構成としてもよい。

状態変化検出部（18）の検出対象となる端末の動作状態は、上記各実施例にて挙げた筐体の開閉状態および無線形式に限定されない。例えば、記録媒体または通信媒体としてのカードの着脱状態、あるいは外部入出力端子の着脱状態など、端末の電気部品8のインピーダンスが変化し得る事象を検出対象としてもよい。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。 実施形態の実施例１の構成を示すブロック図である。 実施例１の動作を示すフローチャートである。 実施形態の実施例２の構成を示すブロック図である。 実施形態における整合回路の構成例を示すブロック図である。 従来の折りたたみ式携帯電話機の概観図である。 従来の折りたたみ式携帯電話機の開状態における内部構造を示す概観図である。 従来の携帯通信端末の構成を示すブロック図である。 従来の折りたたみ式携帯電話機の閉状態における内部構造を示す概観図である。 従来の折りたたみ式携帯電話機の閉状態における側面を示す概観図である。

符号の説明

101,101A,101B 携帯通信端末
110,110A,110B マッチング回路
6 アンテナ
8 電気部品
9,19 リード線
12,12A,12B スイッチ
13/14,13A/14A,13B/14B 整合回路
15 制御部
16 無線部
17 アンテナ整合回路
18 状態変化検出部
18A 開閉検出部
18B 無線切り替え検出部
20 切り替え制御線
20A,20B スイッチ制御線
21,22,23 素子

Claims (6)

1. 基板に接続されたアンテナと、一端が前記基板のグランドに電気的に接続された導電性を有する部品と、前記部品および基板のグランド間に挿入されたマッチング回路と、自端末の動作状態の変化を検出する状態変化検出部とを備え、
   前記マッチング回路は、自端末の動作状態の変化に応じて前記部品のインピーダンスを前記アンテナの入力インピーダンスに対応させる手段を有することを特徴とする携帯通信端末。
2. 前記マッチング回路は、前記手段として、それぞれの一端が前記グランドに接続された複数の整合回路と、前記各整合回路の他端および前記部品の一端に接続されたスイッチ回路とを有し、
   前記複数の整合回路は、相互に異なる動作状態において前記部品のインピーダンスを前記アンテナの入力インピーダンスに対応させるための回路定数を有し、
   前記スイッチ回路は、自端末の動作状態の変化が検出されたとき前記複数の整合回路の中から新たな動作状態に対応する整合回路に切り替えることを特徴とする請求項１記載の携帯通信端末。
3. 前記状態変化検出部は、自端末の動作状態の変化として筐体の開閉状態の変化を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の携帯通信端末。
4. 前記状態変化検出部は、筐体の開閉状態の変化を無線形式の変化により検出することを特徴とする請求項３記載の携帯通信端末。
5. 前記複数の整合回路のうちの少なくとも１つが３素子によるπ型に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の携帯通信端末。
6. 前記部品がマイク、カメラ、スピーカー、バイブレーターのうちのいずれかであることを特徴とする１乃至５のいずれか１項に記載の携帯通信端末。

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