JP2009212971A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属等の導電性材料を有して形成された無線装置の筐体に内蔵されたアンテナの、所定方向の利得を確保する。
【解決手段】無線装置１の第１筐体１１は、正面に表示部１４が取り付けられると共に、表示部１４の周囲の表示周囲部１１ａが金属で形成されている。第１筐体１１に内蔵された第１基板１５に設けられた給電箇所１９に、先端開放型のアンテナ２０が接続されている。表示周囲部１１ａの一箇所に穿孔１７が設けられ、アンテナ２０は無線装置１を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき開放端が穿孔１７の内側に位置するように配設されている。
【選択図】図３

Description

本発明は無線装置に係り、特に、アンテナを筐体に内蔵した無線装置に関する。

携帯電話機をはじめとする無線装置は、筐体の小型化、薄型化、軽量化（いわゆる軽薄短小化）が進められている。その一環として、無線装置の筐体の面に取り付けられる表示装置についても、液晶表示装置（ＬＣＤ）だけでなく有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）のような薄型デバイスの実用化が進められている。

このような薄型の表示装置を取り付けてもなお筐体の機械的強度を保つには、筐体の少なくとも表示装置を取り囲む部分を金属で形成することが有用である。この例にとどまらず、筐体のかなりの部分又は全部を金属で形成したものも知られている。

ところで、無線装置の軽薄短小化に重要なもう１つの要素として、アンテナを筐体に内蔵することが挙げられる。無線装置のアンテナを内蔵する形態は、アンテナの一部又はかなりの部分が筐体外に突出し又は引き出されるような従来の形態に比べて、外観のスマートさや取り扱いの容易さの面で優れ、軽薄短小化に有用である。

しかし、アンテナを金属で形成された筐体に内蔵した場合には、筐体が電波の遮へい物として作用するため、所要の放射パターン特性を得ることが難しくなるという問題がある。従来このような問題は、携帯電話機に限らず、無線通信機能を備えたパソコンや自動車内のハンズフリー通話装置等の分野で検討されてきた（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。

上記の特許文献１に開示された技術は、パソコン等の表示部を導電性の筐体内に有する電子機器にアンテナを配置する場合に、アンテナを表示パネルの背部に取り付け、表示部筐体のアンテナの実装領域の周囲に開口部を持たせることにより該開口部方向の利得を確保するものである。

上記の特許文献２に開示された技術は、自動車内のハンズフリー通話のためダッシュボードの金属筐体内に車室内無線装置を設ける場合に、該無線装置のアンテナ素子の前面に位置する金属筐体の部分に開口部を形成することにより該開口部方向の利得を確保するものである。
特開２００２−１９６８３７号公報（第２、３ページ、図１） 特開２００３−３２４３０２号公報（第２、５、６ページ、図３）

上述した特許文献１又は特許文献２に開示された従来の技術は、携帯電話機等に比べればサイズが大きく、実装スペースの余裕がある装置に適用されるものである。そのため、特許文献１又は特許文献２においては、開口部のサイズやアンテナとの位置関係を細かく規定しないか、又は使用周波数の１波長程度の開口部サイズを規定することが記載されている。

しかし、携帯電話機のように場合によっては波長より短いサイズを持つ無線装置に関しては、このような規定のし方は大まかに過ぎ、適用することができないという問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、金属等の導電性材料を有して形成された筐体に内蔵されたアンテナの所定方向の利得を確保することのできる無線装置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、本発明の無線装置は、導電性材料を有して形成された１の面の一部に穿孔された筐体と、前記筐体に内蔵され、前記筐体に設けられた給電箇所に接続されると共にサイズにより定まる共振周波数を有し、かつ、前記共振周波数において給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたアンテナとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無線装置の筐体の導電性材料の一部に穿孔して該穿孔と筐体内蔵アンテナの位置関係を選ぶことにより、当該内蔵アンテナの所定方向の利得を確保することができる。

以下、図１ないし図９を参照して本発明の実施例を説明する。なお以下の各図を参照しながら上下左右又は水平、垂直（鉛直）をいうときは、特に断らない限り、図が表された紙面における上下左右又は水平、垂直（鉛直）を意味するものとする。また、各図の間で共通の符号は、同一の構成を表すものとする。

図１は、本発明の実施例に係る無線装置１の主要な構成を表す図である。無線装置1は、一例として、第１筐体１１と第２筐体１２が接続部１３を介して開閉可能に係合することにより構成された携帯電話機である。なお、第１筐体１１と第２筐体１２の開閉は、図１に表すような折りたたみ型方式のほか、２軸ヒンジ型やスライド型その他の方式によってもよい。なお、無線装置１を構成する筐体の数は２に限らず、１又は３以上であってもよい。

第１筐体１１の紙面における手前側の面（第１筐体１１と第２筐体１２を開いて使用するとき使用者の側を向く面）には、例えば液晶又は有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）のようなデバイスからなる表示部１４が取り付けられている。表示部１４は薄型に構成されているから、図１でハッチングを施した第１筐体１１の少なくとも表示部１４を取り囲む部分（表示周囲部１１ａという。）は、機械的強度を保つために例えばマグネシウム等の金属（導電性材料）によって形成されている。

第１筐体１１は、破線で表した第１基板１５を内蔵している。第２筐体１２は、破線で表した第２基板１６を内蔵している。表示周囲部１１ａの上方の一部に、穿孔１７が設けられている。穿孔１７は金属が取り除かれた孔であって、防塵のため誘電性の材料等によって埋められていてもよい。

図２は、第１筐体１１に含まれる主要な構成の位置関係を図１に表したブロック矢印の向きに見て表す図（側面図）である。図２において符号１１ないし１７を付して表した構成は、図１にそれぞれ同じ符号を付して表したものであるから、説明を省略する。

第１基板１５の上方の一部に、第１基板１５又は第２基板１６に設けられた図示しない無線回路と電気的に接続された給電箇所１９が設けられている。第１筐体１１の上方に、給電箇所１９に接続されたアンテナ２０が配設されている。本実施例では、アンテナ２０は例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）受信用のアンテナであって、表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な（図２のブロック矢印と逆の）向きの指向性の確保を必要とされるものと仮定する。

図３は、第１筐体１１に含まれる主要な構成の位置関係を図２に表したブロック矢印の向きに（表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から）見て表す図（正面図）である。図３において符号１１ａないし２０を付して表した構成は、図１又は図２にそれぞれ同じ符号を付して表したものであるから、説明を省略する。なお、第１基板１５は破線で表している。

図３に示すように、アンテナ２０の一端は給電箇所１９に接続され、他端は開放されている（開放端と呼ぶ。）。アンテナ２０の開放端は、表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔１７の内側に位置している。

無線装置１の表示周囲部１１ａに穿孔１７を設けて、表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たときアンテナ２０の開放端が穿孔１７の内側に位置するように配設した構成の効果について、図４ないし図６を参照して説明する。図４は、無線装置１のアンテナ放射パターンの測定例を図１におけるブロック矢印の方向から見て実線の曲線により表すもので、金属製の表示周囲部１１ａに穿孔１７を設けない場合の測定例を比較のために破線の曲線により併せて示した図である。

図４の同心円は、中心に置かれた無線装置１のアンテナ放射パターンの電力レベルを５デシベル（ｄＢ）ステップで表す。同心円の中心から上方を見る向きが、表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向にほぼ相当する。当該方向において、実線の放射パターンは破線の放射パターンに比較して約４ｄＢ改善されていることがわかる。また、他の方向においても、実線の放射パターンが破線の放射パターンに比較して概ね改善されていることがわかる。

図５は、無線装置１のアンテナ２０のインピーダンス特性の測定例を表すスミス線図と、給電箇所１９から見た電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性の測定例を表す図である。ＶＳＷＲのグラフの横軸は周波数（１ギガヘルツ（ＧＨｚ）から２ＧＨｚの範囲、０．１ＧＨｚステップ）、縦軸はＶＳＷＲの値（１から１１の範囲、１ステップ）を表す。

図６は、金属製の表示周囲部１１ａに穿孔１７を設けない場合の、図５と同様のインピーダンス特性及びＶＳＷＲ特性の測定例を表す図である。ＶＳＷＲのグラフの横軸、縦軸は、図５と同じである。図５を図６と比較すると、測定結果に有意な差は見られず、表示周囲部１１ａの穿孔１７の有無がアンテナのインピーダンス特性及びＶＳＷＲ特性に影響しないことがわかる。

図７ないし図９を参照して、穿孔１７の形状及びアンテナ２０に対する位置関係と、表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向へのアンテナ放射パターンの改善（図４を参照して述べたように、穿孔１７を設けない場合との比較をいう。）との関連をシミュレーションにより評価した例を説明する。図７は、穿孔１７を設けない（表示周囲部１１ａの全部を例えばマグネシウムのような金属で構成する）場合と、穿孔１７が正方形の場合と、穿孔１７が円形の場合に分けて（横軸に、各場合を表す。）、上記のアンテナ放射パターンの改善のレベル（縦軸にｄＢ単位で表す。）を比較するシミュレーション例を表す図である。

シミュレーションの条件として、アンテナ２０の形状は図３に示したのと同じ倒置Ｌ字型とし、その縦方向及び横方向の長さをそれぞれ１５ミリメートル（ｍｍ）及び２８ｍｍとする。周波数は約１．５ＧＨｚとする。アンテナ２０を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき、開放端から１００分の１波長相当までの範囲が穿孔１７の内側に位置するものとする。

図７に表したシミュレーション例によれば、穿孔１７の形状の相違（正方形か、円形か）は、アンテナ放射パターンの改善レベルに大きく影響しないことがわかる。

図８は、アンテナ２０の開放端を含めてどこまでの素子長の範囲が表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔１７の内側に位置するか（横軸に、波長（記号λで表す。）を基準とする長さで表す。）によって、アンテナ放射パターンの改善のレベル（縦軸にｄＢ単位で表す。）を評価するシミュレーション例を表す図である。シミュレーションの条件のうち、アンテナ２０の形状、寸法及び周波数は図７の場合と同じである。穿孔１７の形状は、正方形である。

図８に表したシミュレーション例によれば、無線装置１を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき、アンテナ２０の開放端を含めて４００分の１波長相当以上の素子長が穿孔１７の内側に位置するように構成されていれば、１ｄＢ以上の改善が得られることがわかる。

図９は、アンテナ２０の開放端からどこまでの素子長の範囲の少なくとも一部が無線装置１を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔１７の内側に位置するか（換言すれば、穿孔１７の位置を開放端から給電箇所１９に近づく向きにどこまでオフセットさせられるかに関係する。横軸に、波長（記号λで表す。）を基準とする長さで表す。）によって、アンテナ放射パターンの改善のレベル（縦軸にｄＢ単位で表す。）を評価するシミュレーション例を表す図である。シミュレーションの条件のうち、アンテナ２０の形状、寸法及び周波数は図７の場合と同じである。穿孔１７の形状は、正方形である。

図９に表したシミュレーション例によれば、無線装置１を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たとき、アンテナ２０の開放端から５０分の１波長相当までの範囲の少なくとも一部が穿孔１７の内側に位置するように構成されていれば、１．５ｄＢ以上の改善が得られることがわかる。

以上の説明では、無線装置１を表示周囲部１１ａのなす面に略垂直な方向から見たときアンテナ２０の開放端又はその近傍の部分が、表示周囲部１１ａに設けた穿孔１７の内側に位置するものとした。アンテナ２０は先端開放の４分の１波長モノポールアンテナとして動作するから、開放端はアンテナ２０が給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所に当る。この点をより一般的に表現すると、アンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、所要のアンテナ指向性を必要とする方向から見たとき筐体に設けられた穿孔の内側に位置するように無線装置を構成すればよい。

アンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所は、例えば素子長が４分の１波長の３以上の奇数倍に相当する場合のように、開放端とは限らない。また、アンテナのタイプも先端開放モノポール型に限る必要はない。

本発明の実施例によれば、少なくとも一部の面が金属で形成された筐体に内蔵されたアンテナが給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、無線装置を当該金属で形成された面に略垂直な方向から見たとき金属部分に設けた穿孔の内側に位置するように構成することにより、穿孔がない場合に比べて当該方向のアンテナ放射パターンを改善することができる。また、他の方向においても同様に、アンテナ放射パターンを改善することができる。

なお以上の実施例の説明において、無線装置、筐体、アンテナ等の形状、構成、寸法、接続、評価に用いた周波数の値、アンテナ指向性の方向等は例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形が可能である。

本発明の実施例に係る無線装置の主要な構成を表す図。 本発明の実施例に係る無線装置の筐体に含まれる主要な構成の位置関係を表す側面図。 本発明の実施例に係る無線装置の筐体に含まれる主要な構成の位置関係を表す正面図。 本発明の実施例に係る無線装置のアンテナ放射パターン測定例を筐体に穿孔がない場合と比較して表す図。 本発明の実施例に係る無線装置のアンテナのインピーダンス特性及びＶＳＷＲ特性の測定例を表す図。 本発明の実施例に係る無線装置に対して筐体に穿孔がない場合のアンテナのインピーダンス特性及びＶＳＷＲ特性の測定例を表す図。 本発明の実施例において、穿孔の有無又は形状とアンテナ放射パターンの改善レベルの関係を評価するシミュレーション例を表す図。 本発明の実施例において、アンテナの開放端を含めてどこまでの素子長の範囲が表示周囲部のなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔の内側に位置するかによって、アンテナ放射パターンの改善レベルを評価するシミュレーション例を表す図。 本発明の実施例において、アンテナの開放端からどこまでの素子長の範囲の少なくとも一部が表示周囲部のなす面に略垂直な方向から見たとき穿孔の内側に位置するかによって、アンテナ放射パターンの改善レベルを評価するシミュレーション例を表す図。

符号の説明

１ 無線装置
１１ 第１筐体
１１ａ 表示周囲部
１２ 第２筐体
１３ 接続部
１４ 表示部
１５ 第１基板
１６ 第２基板
１７ 穿孔
１９ 給電箇所
２０ アンテナ

Claims (7)

1. 導電性材料を有して形成された１の面の一部に穿孔された筐体と、
   前記筐体に内蔵され、前記筐体に設けられた給電箇所に接続されると共にサイズにより定まる共振周波数を有し、かつ、前記共振周波数において給電されたとき電圧の極大値が分布する箇所の近傍の部分が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたアンテナとを
   備えたことを特徴とする無線装置。
2. 前記アンテナは、前記電圧の極大値が分布する箇所を含む前記共振周波数の４００分の１波長相当以上の素子長が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記アンテナは、前記電圧の極大値が分布する箇所から前記共振周波数の５０分の１波長相当の素子長までの範囲の少なくとも一部が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
4. 前記アンテナは、前記電圧の極大値が分布する箇所に当る開放端を有することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
5. 前記アンテナは前記電圧の極大値が分布する箇所に当る開放端を有し、かつ、前記開放端を含む前記共振周波数の４００分の１波長相当以上の素子長が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
6. 前記アンテナは前記電圧の極大値が分布する箇所に当る開放端を有し、かつ、前記開放端から前記共振周波数の５０分の１波長相当の素子長までの範囲の少なくとも一部が、前記筐体の１の面に略垂直な方向から見たとき前記穿孔の内側に位置するように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
7. 前記筐体の１の面に表示部が取り付けられてなり、前記筐体は少なくとも前記表示部を取り囲む部分が前記導電性材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。

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