JP2011120050A - 無線通信端末 - Google Patents

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Abstract

【課題】1つのアンテナ素子で動作周波数の異なる無線システムに対応できる無線通信端末を提供する。
【解決手段】第2周波数帯を遮断する第1遮断部22を介しアンテナ素子1と第2導体素子33を接続し、第1周波数帯を遮断する第2遮断部32を介しアンテナ素子1と第1導体素子23を接続し、第1無線回路21および第2無線回路31を異なる電位の基板に配置することで無線システム間のアイソレーション性能を改善し、良好なアンテナ性能を得ることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、携帯電話機やPHS(Personal Handy−Phone System)等の無線通信端末に関する。
携帯電話機やPHS等の無線通信端末は、動作周波数が異なる複数の無線システムに対応する必要がある一方、薄型・小型化のためアンテナ素子を無線通信端末内に内蔵することが主流となっている。以上より、限られた空間内に複数の動作周波数に対応するアンテナ素子を配置する必要がある。よって複数のアンテナ素子を配置する場合にアンテナ素子同士が空間的に電磁結合しアンテナ性能が劣化してしまう。
この電磁結合による劣化を回避するものとして、例えば特許文献1で開示された“アンテナ素子間の距離を離しアンテナ素子間アイソレーション性能を向上する”ものがある。図12に示すように第1アンテナ素子71と第2アンテナ素子72は筐体を閉じても開いても遠い位置となるように配置しておりアンテナ素子間のアイソレーション性能を向上しアンテナ性能の劣化を抑制している。
また上記例に加えて、例えば特許文献2で開示された“動作周波数が異なる複数の無線システムに対応しかつアンテナ素子間の電磁結合を回避するためアンテナ給電間にスリットを構成しアイソレーション性能を向上する”ものがある。図13に示すように第1アンテナ素子81の第1給電部84と第2アンテナ素子82の第2給電部85間にスリット83を入れることで互いの給電間に流れ込む電流を抑制し、アイソレーション性能を向上し、アンテナ性能の劣化を抑制している。
また結合劣化を回避するために一つのアンテナ素子で動作周波数が異なる複数の無線システムに対応する場合、アンテナ素子を広帯域化する必要がある。
広帯域化を図るものとして例えば特許文献3で開示された“1つのアンテナ素子の両端から給電し整合回路を切り替える”ものがある。図14に示すようにアンテナ素子91の両端に各々の給電部および整合回路を設け帯域切替スイッチ92により素子の接続を切替えることで動作周波数の異なる複数の無線システムに対応している。
特開2005−277703号公報 特開2004−244317号公報 特開2006−310995号公報
しかしながら、動作周波数が異なる複数の無線システムを同時に動作させた場合に良好なアンテナ性能を得ることができないという問題がある。例えば第1の無線システム1と第2の無線システム用のアンテナ素子を各々設ける場合、無線通信端末の小型・薄型化および高機能化に伴う高密度化によりアンテナ素子を配置できる空間は限定されるため十分に距離を離して配置することができずアイソレーション性能が劣化しアンテナ素子間の電磁結合影響によりアンテナ性能が劣化する。また、アンテナ素子が近接する場合に、給電部間にスリットを入れ電流の回り込みを抑制することでアイソレーション性能を向上することが出来るが、実際の基板上にはパターンラインおよび実装部品が密集しており理想的にスリットを構成することは困難であり実装面積減少、コスト増大及び基板サイズ拡大となり端末のサイズへ影響を与えてしまう。上記課題を解決するため第1の無線システムと第2の無線システムに一つのアンテナ素子で対応することで電磁結合の影響を排除できるが、一つのアンテナ素子で複数の周波数に対応するためには広帯域化を図る必要がある。そこで各々の無線システムの動作周波数に対応するため、アンテナ素子の両端にアンテナ素子の共振周波数を各々の無線動作周波数とする整合回路を設け、かつ、無線部との接続を切替えることで対応出来るが同時に動作することが出来ない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、1つのアンテナ素子に動作周波数が異なる複数の無線システムから接続し、複数の無線システムを同時に動作でき、かつアンテナ性能が良好である無線通信端末を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、動作周波数が異なる複数の無線システムを搭載し、第1筐体と第2筐体を回転自在に連結するヒンジ部を有する無線通信端末において、第1周波数帯を動作周波数とする第1無線回路と、前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯を動作周波数とする第2無線回路と、前記第1筐体内部に配置され前記第1無線回路を搭載した第1回路基板と、前記第2筐体内部に配置され前記第2無線回路を搭載した第2回路基板と、
前記第1回路基板と前記第2回路基板を接続し制御を行う基板間接続線路と、前記第1回路基板から所定の距離を隔てて配置されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子に電気的に接続された第1接続部と、前記アンテナ素子の前記第1接続部とは異なる位置で電気的に接続された第2接続部と、前記第1接続部に電気的に接続された第1導体素子と、前記第1導体素子と前記第1無線回路とに電気的に接続され前記第1回路基板上に配置され前記第2周波数帯を遮断する第1遮断部と、前記第2接続部に電気的に接続された第2導体素子と、前記第2導体素子と前記第2無線回路とに電気的に接続され前記第2回路基板上に配置され前記第2周波数帯を遮断する第2遮断部と、を備えた。
上記構成によれば、複数のアンテナ素子が近接することによる電磁結合劣化を軽減し、無線通信端末を構成する第1回路基板および第2回路基板上に搭載された動作周波数の異なる無線システムから1つアンテナ素子に給電することで同一基板でのGNDパターンを介した給電部間の電流の流れ込みを抑制し、無線システム間のアイソレーション性能を向上するものである。上記構成は2つの回路基板のGNDパターンが、基板間接続線路(DC的に細い制御線用GND線)で接続されており同電位であるが、高周波的には細いGND線での接続のみのため同電位とはいえず、別電位の基板として扱うことができる。
また、上記構成において、アンテナ素子に電気的に接続される第1接続部および第2接続部はアンテナ素子の長手方向両端部に構成する。
上記構成によれば、同一基板でのGNDパターンを介した給電電流の流れ込みを抑制するのに加え、各無線システムが使用する所望の周波数帯でのみ高周波電流をアンテナ素子に流し、それ以外の周波数帯においてはアンテナ素子を介して互いの無線システムへ電流が流れ込むのを抑制することができる。
また、上記構成において、第1回路基板の有するGNDパターンと第2回路基板の有するGNDパターンは筐体を閉じた時に重ならない位置に構成する。
上記構成によれば、同一基板でのGNDパターンを介した電流の流れ込みを抑制するのに加え筐体を閉じた場合に第1回路基板上のGNDパターンと第2回路基板上のGNDパターンが近接し容量を持つことで高周波的に接続され電磁結合することでアイソレーション性能が劣化するのを抑制し筐体を閉じた場合でもアイソレーション性能を向上することができる。
また、上記構成において、第1回路基板の有する第1遮断部と第2回路基板の有する第2遮断部は筐体を閉じた時に重ならない面に構成する。
上記構成によれば、アンテナ素子から流れる電流が集中する各遮断部が面で近接することにより、GNDパターン同様に容量を持ち高周波的に接続されることによる電磁結合劣化を抑制しアイソレーション性能を向上することができる。
また、上記構成において、ヒンジ部でアンテナ素子を構成する。
上記構成によれば、既存のヒンジ部をアンテナ素子として利用することで新たにアンテナ素子を設ける必要がなく更なる端末の小型化・薄型化を図ることができる。
本発明によれば、1つのアンテナ素子で動作周波数の異なる無線システムに対応することができ、無線システムは同時動作出来るため、複数無線システムに対応した無線通信端末の小型・薄型化を図ることが出来る。
本発明の実施の形態に係る無線通信端末の概略構成を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末のアンテナ素子を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の第1導体素子を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の第1遮断部を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の第2導体素子を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の第2遮断部を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の第1周波数帯および第2周波数帯における動作状態の模式図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の閉じた場合の構成の模式図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末の閉じた場合の基板の重なりを説明するための模式図 本発明の実施の形態に係る無線通信端末のヒンジ部をアンテナ素子とした場合の構成を説明するための模式図 従来のアンテナ素子を離して配置しアイソレーション性能の改善を図る無線通信端末の概観を示す図 従来の1つの素子で広帯域化を図る無線通信端末の概観を示す図 従来のアンテナ給電間にスリットを構成しアイソレーション性能の改善を図る無線通信端末の概観を示す図
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)
図1は、本発明の実施の形態に係る無線通信端末200の構成図である。(a)が斜視図、(b)が側面図である。また、図2は、本実施の形態に係る無線通信端末200のブロック図である。
図1、図2において、本実施の形態の無線通信端末200は、第1筐体2内に配置されるアンテナ素子1と第1回路基板20と、第2筐体3内に配置される第2回路基板30と、第1筐体2と第2筐体3を回転自在に連結するヒンジ部4を有している。
アンテナ素子1は第1回路基板20から所定の間隔を隔てて配置され、アンテナ素子1の端部には電気的に接続する第1接続部11と、第1接続部11とは異なる側のアンテナ素子1の端部に接続する第2接続部12を設ける。ここで所定の間隔とは2mm以上を指し間隔が大きければ大きいほど放射抵抗が上がりアンテナ性能が向上する。
第1回路基板20上には、第1周波数帯を動作周波数とする第1無線回路21と、第1無線回路21と電気的に接続する第1遮断部22を有する。
第2回路基板30上には、第2周波数帯を動作周波数とする第2無線回路31と、第2無線回路31と電気的に接続する第2遮断部32を有する。
第1回路基板20と第2回路基板30は基板間接続線路40を介して電気的に接続する。
第1接続部11は、第1回路基板20上の第1遮断部22と第1導体素子23を介して電気的に接続され、第2接続部12は第2回路基板30上の第2遮断部32と第2導体素子33を介して電気的に接続される。
上記構成において例えば第1無線回路21が第1周波数帯を2.4GHz帯とするbluetooth(登録商標)、第2無線回路31が第2周波数帯を1.5GHz帯とするGPSである場合について詳しく説明する。
初めに各ブロックの構成について詳しく説明する。図3は、本実施の形態の無線通信端末200におけるアンテナ素子1の具体的構成の一例を示す図である。アンテナ素子1は導体で構成し、端部に第1接続部11を設ける。第1接続部11とアンテナ素子1は電気的に接続される。同様に第1接続部11とは異なる側のアンテナ素子1の端部に第2接続部12を設ける。第2接続部12とアンテナ素子1も同様に電気的に接続される。
上記構成により、アンテナ素子1の両端から各無線システムに接続し通信することが可能となる。
なお、本実施の形態では、アンテナ素子1の両端部に第1接続部11および第2接続部12を設けたがこれに限るものではなく、第1接続部11および第2接続部12は、広ければ広いほど双方のアンテナ性能を高くできるが第1および第2周波数帯の低いほうのλ/10以上であれば十分な効果を奏するものである。
図4は、本実施の形態の無線通信端末200における第1導体素子23の具体的構成の一例を示す図である。(a)第1導体素子23の構成要素の配置関係を示す斜視図、(b)第1導体素子23の構成要素の接続関係を示す側面図により構成される。第1導体素子23は、第1回路基板20上に配置され、バネ製を持った金属などの導体にて構成される。
上記構成により、第1導体素子23を介して第1接続部11と第1回路基板20を接続することでアンテナ素子1と第1回路基板20は高周波的に接続される。
図5は、本実施の形態の無線通信端末200における第1遮断部22の具体的構成の一例を示す図である。第1遮断部22は、第1回路基板20上に構成され、第1遮断回路50と、第1導体素子23と第1遮断回路50を電気的に接続する線路51と、線路51とは異なる位置で第1遮断回路50と第1無線回路21を電気的に接続する線路52により構成される。
第1遮断回路50は、第2周波数帯である1.5GHz帯を遮断し、第1周波数帯である2.4GHz帯を通過させる回路構成である。例えば2.4GHzを通過させる(1.5GHz帯は遮断する)バンドパス型回路や、1.5GHz帯を遮断する(2.4GHz帯は通過する)帯域遮断回路により構成する。
上記構成により第1遮断部22は、流れ込む高周波電流のうち第2周波数帯である1.5GHz帯を遮断し、第1周波数帯である2.4GHz帯を通過させることが出来る。
図6は、本実施の形態の無線通信端末200における第2導体素子33の具体的構成の一例を示す図である。(a)第2導体素子33の構成要素の配置関係を示す斜視図、(b)第2導体素子33の構成要素の接続関係を示す側面図により構成される。本実施の形態において第2導体素子33は、第2筐体3内の第2回路基板30上の第2遮断部32と第1筐体2内のアンテナ素子1と接続している第2接続部12を電気的に接続し、かつ筐体を開いた場合も閉じた場合も接続を維持しなければならない。よって、本実施の形態の第2導体素子33は第2接続部12と接続するアンテナ接続部34と第2回路基板30上の第2遮断部32と接続する第2回路基板接続部35により構成され、各々は筐体動作に合わせて自在に回転しながら電気的接続を維持する構造となっている。上記を具体的に示したものが図6(b)側面図であり筐体を開いた状態(i)でも筐体を閉じた状態(ii)でも接続が維持されていること示している。
上記構成により第2接続部12は筐体動作にかかわらず第2導体素子33を介して第2接続部12と第2遮断部32を接続することでアンテナ素子1と第2回路基板30を安定して高周波的に接続することが出来る。
図7は、本実施の形態の無線通信端末200における第2遮断部32の具体的構成の一例を示す図である。第2遮断部32は、第2回路基板30上に構成され、第2遮断回路60と、第2導体素子33と第2遮断回路60を電気的に接続する線路61と、線路61とは異なる位置で第2遮断回路60と第2無線回路31を電気的に接続する線路62により構成される。
第2遮断回路60は、第1周波数帯である2.4GHz帯を遮断し、第2周波数帯である1.5GHz帯を通過させる回路構成である。例えば1.5GHzを通過させる(2.4GHz帯は遮断する)バンドパス型回路や、2.4GHz帯を遮断する(1.5GHz帯は通過する)帯域遮断回路により構成する。
上記構成により第2遮断部32は、流れ込む高周波電流のうち第1周波数帯である2.4GHz帯を遮断し、第2周波数帯である1.5GHz帯を通過させることが出来る。
次に上記構成での各無線システムにおけるアンテナ動作について説明する。
第1無線回路21が使用する第1周波数帯2.4GHz帯において、第1無線回路21から供給される電力(高周波電流)は第1遮断部22、第1導体素子23、第1接続部11を損失無く流れアンテナ素子1に供給される。また、第2遮断部32は第1周波数帯2.4GHz帯を遮断するためアンテナ素子1から第2遮断部32へは高周波電流が流れない。
よって、第2遮断部32が無い状態で第2導体素子33を介しアンテナ素子1と第2無線回路31が接続された場合は、第1無線回路21から供給された電力(高周波電流)は第2無線回路31側に流れ込み消費されアンテナ性能およびアイソレーション性能が劣化するのに対し、第1無線回路21と第2無線回路31を異なる電位の基板に配置し、かつ第1周波数帯を遮断する第2遮断部32を設けることで第1無線回路21から供給された電力(高周波電流)はアンテナ素子1のみに流れ、アンテナ素子1を介して第2無線回路31へ高周波電流が流れ込むことを抑制することが出来る。以上のように、複数の無線システムから1つのアンテナ素子に給電しつつ、各々の無線システムに対し良好なアンテナ性能およびアイソレーション性能を確保することが出来る。上記を模式的に示したものが図8(a)である。
同様にして、第2無線回路31が使用する第2周波数帯1.5GHz帯において、第2無線回路31から供給される電力(高周波電流)は第2遮断部32、第2導体素子33、第2接続部12を損失無く流れアンテナ素子1に供給される。また、第1遮断部22は第2周波数帯1.5GHz帯を遮断するためアンテナ素子1から第1遮断部22へは高周波電流が流れない。
よって、第1遮断部22が無い状態で第1導体素子23を介しアンテナ素子1と第1無線回路21が接続された場合は、第2無線回路31から供給された電力(高周波電流)は第1無線回路21側に流れ込み消費されアンテナ性能およびアイソレーション性能が劣化するのに対し、第1無線回路21と第2無線回路31を異なる電位の基板に配置し、かつ第2周波数帯を遮断する第1遮断部22を設けることで第2無線回路31から供給された電力(高周波電流)はアンテナ素子1のみに流れ、アンテナ素子1を介して第1無線回路21へ高周波電流が流れ込むことを抑制することが出来る。以上のように、複数の無線システムから1つのアンテナ素子に給電しつつ、各々の無線システムに対し良好なアンテナ性能およびアイソレーション性能を確保することが出来る。上記を模式的に示したものが図8(b)である。
このように本実施の形態の無線通信端末200によれば、1つのアンテナ素子で動作周波数の異なる無線システムに対応し、各無線システムに対して良好なアンテナ性能を得ることが出来る。また本無線システムは同時に動作することができ、複数無線システムに対応した無線通信端末200の小型・薄型化を図ることが出来る。上記構成は2つの回路基板のGNDパターンが、基板間接続線路(DC的に細い制御線用GND線)で接続されており同電位であるが、高周波的には細いGND線での接続のみのため同電位とはいえず、別電位の基板として扱うことを前提としている。
また、本実施の形態の無線通信端末1は折畳み構造を想定しており筐体を閉じた場合でも良好なアイソレーション性能をえるために下記構成も想定している。
図1の構成にて筐体を閉じた場合、第1無線回路21を有する第1回路基板20と第2無線回路31を有する第2回路基板30が近接するため基板間に容量を持ち電磁結合する。そのため、第1無線回路21から供給された電力が第2回路基板30に流れ込み第2無線回路31で消費される。同様に、第2無線回路31から供給された電力が第1回路基板20に流れ込み消費される。以上のように互いの基板に異なる基板の無線システムから供給された電力が流れ込むためアンテナ性能およびアイソレーション性能が劣化する。上記課題を解決するため本実施の形態では筐体を閉じた場合でも互いの回路基板(GNDパターン)が重ならないような構成としている。上記構成を模式的に示したのが図9である。上記構成により同一基板に無線システムを配置した際のGNDパターンを介した給電電流の流れ込みを抑制するのに加えて、筐体を閉じた場合に第1回路基板20上のGNDパターンと第2回路基板30上のGNDパターンが近接し容量を持ち電磁結合することでアンテナ性能およびアイソレーション性能が劣化するのを防ぎ筐体を閉じた場合でも良好な性能を維持することが出来る。
また、図10に示すように筐体を閉じた場合に第1遮断部22および第1無線回路21が配置される面と第2遮断部32および第2無線回路31が配置される面が重ならないようにGNDパターンを含め構成することで、筐体を閉じた場合でも各無線システムから支配的に電流が流れるGNDパターンを有する面が重ならず、GNDパターンが近接することによる電磁結合を抑制しアイソレーション性能を向上することができる。
本実施の形態の無線通信端末200によれば、1つのアンテナ素子で動作周波数の異なる無線システムに対応し、筐体の状態にかかわらず各無線システムに対して良好なアンテナ性能を得ることが出来る。また本無線システムは同時に動作することができ、複数無線システムに対応した無線通信端末200の小型・薄型化を図ることが出来る。
また、図11に示すようにヒンジ部4を用いアンテナを構成し、アンテナ素子1と同様の効果を得ることを想定している。ヒンジ部4は稼動部なので金属などの導体で形成される。そのためアンテナとして用いることが出来る。そこで第1導体素子23と第2導体素子33をヒンジ部4に接続し、アンテナ素子1を用いた場合と同様の効果を得ながら、既存の部品をアンテナ素子としても用いることで端末自体の更なる小型化・薄型化を図ることができる。
なお、本実施の形態において、第1周波数帯は第2周波数帯より高い周波数であって、第1周波数帯の最も低い周波数と第2周波数帯の最も高い周波数との間隔が第1周波数帯の中心周波数に対して比帯域5%以上である。上記構成により第1遮断部22は第1周波数帯を通過し、第2周波数帯を遮断することができる。同様に第2遮断部32は第2周波数帯を通過し、第1周波数帯を遮断することができ、各無線システムからアンテナ素子1への接続を無線システムが使用する周波数帯において損失なく行うことができる。
また、本実施の形態では第1周波数帯が2.4GHz帯で、第2周波数帯が1.5GHz帯であったがそれに限るものではなく様々な無線システムに対応することを想定している。
また、本実施の形態の各図には座標系を示しており、各図の位置関係は前記座標系に基づいて配置されていることを示している。
1つのアンテナ素子で動作周波数の異なる無線システムに対応し、各無線システムに対して良好なアンテナ性能を得ることが出来るといった効果を有し、複数の無線システムを搭載した薄型・小型な無線通信端末などへ適応が可能である。
1 アンテナ素子
2 第1筐体
3 第2筐体
4 ヒンジ部
11 第1接続部
12 第2接続部
20 第1回路基板
21 第1無線回路
22 第1遮断部
23 第1導体素子
30 第2回路基板
31 第2無線回路
32 第2遮断部
33 第2導体素子
34 アンテナ接続部
35 第2回路基板接続部
40 基板間接続線路
50 第1遮断部
51、52 第1遮断部の線路
60 第2遮断部
61、62 第2遮断部の線路
71 特許文献1の第1アンテナ素子
72 特許文献1の第2アンテナ素子
81 特許文献2の第1アンテナ素子
82 特許文献2の第2アンテナ素子
83 特許文献2のスリット
84 特許文献2の第1給電部
85 特許文献2の第2給電部
91 特許文献3のアンテナ素子
92 特許文献3の帯域切替スイッチ
200 無線通信端末

Claims (5)

  1. 動作周波数が異なる複数の無線システムを搭載し、第1筐体と第2筐体を回転自在に連結するヒンジ部を有する無線通信端末において、
    第1周波数帯を動作周波数とする第1無線回路と、
    前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯を動作周波数とする第2無線回路と、
    前記第1筐体内部に配置され前記第1無線回路を搭載した第1回路基板と、
    前記第2筐体内部に配置され前記第2無線回路を搭載した第2回路基板と、
    前記第1回路基板と前記第2回路基板を接続し制御を行う基板間接続線路と、
    前記第1回路基板から所定の距離を隔てて配置されたアンテナ素子と、
    前記アンテナ素子に電気的に接続された第1接続部と、
    前記アンテナ素子の前記第1接続部とは異なる位置で電気的に接続された第2接続部と、
    前記第1接続部に電気的に接続された第1導体素子と、
    前記第1導体素子と前記第1無線回路とに電気的に接続され前記第1回路基板上に配置され前記第2周波数帯を遮断する第1遮断部と、
    前記第2接続部に電気的に接続された第2導体素子と、
    前記第2導体素子と前記第2無線回路とに電気的に接続され前記第2回路基板上に配置され前記第2周波数帯を遮断する第2遮断部とを備えることを特徴とする無線通信端末。
  2. 前記アンテナ素子に電気的に接続される前記第1接続部および前記第2接続部は前記アンテナ素子の長手方向両端部に構成されることを特徴とする請求項1記載の無線通信端末。
  3. 前記第1回路基板の有するGNDパターンと前記第2回路基板の有するGNDパターンは筐体を閉じた時に重ならない位置に構成されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の無線通信端末。
  4. 前記第1回路基板の有する前記第1遮断部と前記第2回路基板の有する前記第2遮断部は筐体を閉じた時に重ならない面に構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の無線通信端末。
  5. 前記ヒンジ部で前記アンテナ素子を構成することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の無線通信端末。
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