JP3695591B2 - Mobile phone - Google Patents
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Description
本発明は携帯電話機に関するもので、詳しくは電磁波による人体への影響を抑え、かつアンテナ効率も向上させた携帯電話機に関するものである。 The present invention relates to a mobile phone, and more particularly to a mobile phone that suppresses the influence of electromagnetic waves on a human body and improves antenna efficiency.
携帯電話機の普及とともに、交信時におけるアンテナ効率の向上や、電磁波の様々な影響について論議されている。特に人体への影響という観点から、ＳＡＲ（Specific Absorption Rate) の評価も必要となっている。ＳＡＲは、人体が電磁波に曝されることによって単位質量の組織に単位時間あたりに吸収されるエネルギー量を表すもので、携帯電話機のように人体頭部近傍で用いられる機器については、日本国内では人体局所の任意の組織１０ｇにわたって平均した局所ＳＡＲが用いられ、その値が２Ｗ／ｋｇを越えないことが指針となっている。したがって、携帯電話機の設計にあたっては、頭部近くで使用される携帯電話機からの電磁波（８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ帯）について、その局所ＳＡＲ値が上記許容値に収まるようにしなければならない。 With the spread of mobile phones, discussions have been made on the improvement of antenna efficiency during communication and various effects of electromagnetic waves. In particular, SAR (Specific Absorption Rate) must be evaluated from the viewpoint of influence on the human body. The SAR represents the amount of energy absorbed per unit time by a unit mass of tissue when the human body is exposed to electromagnetic waves, and devices used in the vicinity of the human head, such as mobile phones, are used in Japan. A local SAR averaged over 10 g of any tissue local to the human body is used, and it is a guideline that the value does not exceed 2 W / kg. Therefore, when designing a mobile phone, the local SAR value of the electromagnetic wave (800 MHz to 900 MHz band) from the mobile phone used near the head must be within the allowable value.
前掲の非特許文献１には、携帯電話機の頭部側筐体に厚み２．５ｍｍのフェライトシートを貼り付けることによって金属の表面電流密度を抑制し、局所ＳＡＲの値を減らすことが記載されている。非特許文献２には、仮想的なモデルを対象とした解析結果ではあるが、携帯電話機筐体と人体頭部との間に３０ｍｍ厚の誘電体を配置して電磁波をシールドすることがＳＡＲの低減に効果的である旨が記載されている。
非特許文献３には、アンテナの放射効率を改善するために５ｍｍ厚の磁気損失の小さな磁性板を携帯電話機筐体との間に配置することが効果的で、またＳＡＲ値も１０％強削減できることが記載されている。そして非特許文献４によれば、非特許文献３記載の磁性板を改良することにより、０．８ｍｍ厚の磁性板であっても放射効率が向上することがＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain)解析法で確認されたことが報告されている。
In
特許文献１には、回路基板に実装された無指向性のチップアンテナに対し、空間的に離間して導電性の反射板を対面配置させるとともに、これを回路基板のグランドパターンに接続することによってアンテナ効率を向上させ得ることが記載されている。特許文献２，３には、磁気損失材料などからなる電波吸収体を携帯電話機に組み込むことによって、ＳＡＲの低減や、不要電波による周囲への悪影響を防ぐうえで効果的であることが記載されている。
In
上記のように、携帯電話機の通話環境を改善するために様々な検討が行われてきているが、ＳＡＲを十分に小さく抑えるとともにアンテナ効率も向上させ、しかも必然的に小型軽量化が要求される携帯電話機の実用性を考慮すると、これまでの各種の提案は未だ満足し得るものとは言い難い。例えば非特許文献１〜３の手法では、ＳＡＲ低減あるいはアンテナ効率向上のために板厚が２．５ｍｍ〜３０ｍｍのフェライト磁性体や誘電体の板材を必要とし、現状の携帯電話機のサイズや重さを保ちつつこれらを組み込みことは現実的には非常に難しい。そして、非特許文献３に記載されている例では、ＳＡＲを下げるために損失のある電磁波吸収体を用いるとアンテナ効率も低下するので、低損失の磁性体を用いることによりアンテナ効率は高められるものの、その効率アップは１４．７％に留まり、ＳＡＲ値にしても十数％の削減効果しかない。
As described above, various studies have been made to improve the calling environment of mobile phones. However, the SAR is sufficiently reduced, the antenna efficiency is improved, and the size and weight are inevitably required. Considering the practicality of mobile phones, the various proposals so far are still unsatisfactory. For example, the methods of
また、非特許文献４によれば、ＦＤＴＤ法により０．８ｍｍ厚の高透磁率磁性シートがアンテナ効率の向上に効果的であるという解析結果が得られているが、特定の解析モデルを対象にした計算に基づくもので、高透磁率磁性シート自体がもつ他の物性、例えば磁性体が本来的にもつ比誘電率（＞１）の影響については評価がなく、現実的な適用例に関してはほとんど示唆がない。 Further, according to Non-Patent Document 4, an analysis result that a high-permeability magnetic sheet having a thickness of 0.8 mm is effective for improving the antenna efficiency by the FDTD method has been obtained. Based on the above calculation, there is no evaluation of other physical properties of the high permeability magnetic sheet itself, for example, the relative permittivity (> 1) inherent in the magnetic material, and there are almost no practical applications. There is no suggestion.
特許文献１では、指向性を向上させてＳＡＲの低減を図ることを目的にしているが、ＳＡＲ値の低減効果は高々十数％程度である。特許文献２には１〜４ｍｍ厚の電波吸収体と導電層との相互作用によりＳＡＲの低減を図ることが記載されてはいるが、非特許文献４と同様、電波吸収体に必要とされる物性とＳＡＲ低減効果との相関が不明でその有効性の確認もできない。特許文献３には電波吸収体そのものの組成について記載されているが、電波吸収体のもついかなる物性が不要電波の吸収作用に効果的であるのかが明らかでなく、アンテナ効率を良好に保ちながらもＳＡＲを低減させるという具体的構成については記載がない。
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、その目的は、軽量コンパクト性を損なうことなく、ＳＡＲの低減と同時にアンテナ効率も高めることにより、通話環境を大幅に改善し得る携帯電話機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and its object is to provide a mobile phone that can greatly improve the call environment by reducing the SAR and increasing the antenna efficiency without impairing the light weight and compactness. There is to do.
本発明は、上記目的を達成するには磁性体よりも誘電体を用いる方が有効であることを踏まえ、誘電体のもつ比誘電率εr を実数部と虚数部とを用いて「εr ＝εr ’−ｊεr ''」で表したとき、実数部εr ’の値と虚数部εr ''の値との独特の組み合わせが、携帯電話機のアンテナ効率すなわち電磁波に対する反射率，透過率，吸収率の制御に効果的であることに着目してなされたものである。そして本発明に用いられる誘電体は、厚みが１ｍｍ以下で、携帯電話機のアンテナから空間的に離して用いられ、比誘電率εr の実数部εr ’の値と虚数部εr ''の値との組み合わせが請求項１の［表１］に挙げた特性表中の特性線Ｋの外側領域に属するように選定されることによって特徴づけられる。
In the present invention, in order to achieve the above object, it is more effective to use a dielectric than a magnetic material. Therefore, the relative permittivity ε r of the dielectric is expressed as “ε r using a real part and an imaginary part. = Ε r '−jε r ″ ”, the unique combination of the real part ε r ′ and the imaginary part ε r ″ represents the antenna efficiency of the mobile phone, that is, the reflectance and transmission of electromagnetic waves. It was made paying attention to being effective in controlling the rate and the absorption rate. The dielectric material used in the present invention has a thickness of at 1mm or less, from the cellular phone antennas are used spatially separated, the ratio of the dielectric constant epsilon r real part epsilon r 'value and the imaginary part epsilon r' 'of the The combination with the value is characterized by being selected so as to belong to the region outside the characteristic line K in the characteristic table listed in [Table 1] of
特に、軽量コンパクト化された携帯電話機への適用を考慮すると、誘電体の厚みを１ｍｍ以下に抑えることが好ましいが、このような制限のもとでは一般の誘電体材料をそのまま用いるだけでは所期の目的を達成することは困難である。そこで本発明では、上記のように誘電体の特徴的物性である比誘電率について解析を行い、誘電体の厚みが１ｍｍ、携帯電話機からの電磁波の周波数が９００ＭＨｚという前提条件のもとで、携帯電話機からの電磁波が誘電体によって反射、透過、吸収される結果に応じて求められるアンテナ効率と、人体に吸収される電磁波量（ＳＡＲ値）とを関連づけて評価するために案出された特性表上で特性線Ｋを定義し、この特性線Ｋの外側領域に属するように比誘電率の実数部εr ’の値と虚数部εr ''の値とを選定している。比誘電率の調節は、誘電体の母剤として樹脂、ゴム又はエラストマーなどを用い、この母剤に混合する誘電性素材や導電性素材の種類，添加量、あるいは粒径やアスペクト比などの形態を調節することによって柔軟な対応が可能で、調節の自由度も高い。 In particular, considering the application to a lightweight and compact mobile phone, it is preferable to keep the thickness of the dielectric to 1 mm or less. However, under such restrictions, it is desirable to use a general dielectric material as it is. It is difficult to achieve this goal. Therefore, in the present invention, the dielectric constant, which is a characteristic physical property of the dielectric, is analyzed as described above, and the cellular phone is assumed on the precondition that the thickness of the dielectric is 1 mm and the frequency of the electromagnetic wave from the mobile phone is 900 MHz. Characteristic table devised to correlate the antenna efficiency required according to the result of reflection, transmission and absorption of electromagnetic waves from a telephone by a dielectric and the amount of electromagnetic waves (SAR value) absorbed by the human body The characteristic line K is defined above, and the value of the real part ε r ′ and the value of the imaginary part ε r ″ of the relative permittivity are selected so as to belong to the outer region of the characteristic line K. To adjust the relative permittivity, resin, rubber, or elastomer is used as the base material of the dielectric, and the type and amount of the dielectric material or conductive material mixed in the base material, or the form such as particle size and aspect ratio By adjusting, flexible response is possible, and the degree of freedom of adjustment is high.
なお、上記特性線Ｋは連続線となり、横軸（実数部軸）と縦軸（虚数部軸）との間に閉じられた領域をつくるが、離散的にそのいくつかの座標を実数部εr ’及び虚数部εr ''のそれぞれの値の組み合わせで示すと下表のとおりである。 The characteristic line K is a continuous line, and a closed region is formed between the horizontal axis (real part axis) and the vertical axis (imaginary part axis). The combination of the values of r ′ and imaginary part ε r ″ is as shown in the table below.
上記誘電体はアンテナあるいは発振回路などの電磁波放射源と携帯電話機のスピーカとの間に展延して使用するのが好適である。この誘電体を使用しない状態でのＳＡＲ及びアンテナ効率の測定値をそれぞれＳＡＲ（０），ＡＥＦＦ（０）、誘電体を使用した状態でのＳＡＲ及びアンテナ効率の測定値をそれぞれＳＡＲ（Ａ），ＡＥＦＦ（Ａ）とし、ＳＡＲ相対値をＳＡＲ（Ａ）／ＳＡＲ（０）、ＡＥＦＦ相対値をＡＥＦＦ（Ａ）／ＡＥＦＦ（０）と定義したとき、ＳＡＲ相対値＜１であり、ＡＥＦＦ相対値＞１となることも本発明の特徴である。なお、ＳＡＲ及びアンテナ効率の測定手法については後述する。 The dielectric is preferably used by being extended between an electromagnetic radiation source such as an antenna or an oscillation circuit and a speaker of a mobile phone. SAR (0) and AEFF (0) are measured values of the SAR and the antenna efficiency in a state where the dielectric is not used, and SAR (A), AEFF (0) are measured values of the SAR and the antenna efficiency in a state where the dielectric is used. When AEFF (A) is defined, the SAR relative value is defined as SAR (A) / SAR (0), and the AEFF relative value is defined as AEFF (A) / AEFF (0), the SAR relative value <1, and the AEFF relative value> It is a feature of the present invention that it is 1. The SAR and antenna efficiency measurement method will be described later.
本発明によれば、独特の誘電特性を有するシート状の誘電体を利用することによって、ＳＡＲ値の低減とともにアンテナ効率の向上効果が得られ、しかも誘電体の厚みも１ｍｍ以下に抑えることができるので、軽量コンパクト化された携帯電話機の通話環境を格段に改善することが可能となる。また、誘電体の使用により、ＳＡＲ相対値＜１かつＡＥＦＦ相対値＞１となるようにしたから、ＳＡＲ及びアンテナ効率の双方を改善して携帯電話機の通話環境を確実に良化することができる。そして本発明の誘電体は、母剤となる樹脂やゴム又はエラストマーに誘電性素材や導電性素材を添加することによってその誘電特性をかなりの自由度で調節することができるのでその実用的効果は大きい。 According to the present invention, by using a sheet-like dielectric material having unique dielectric characteristics, an effect of improving the antenna efficiency can be obtained while reducing the SAR value, and the thickness of the dielectric material can be suppressed to 1 mm or less. Therefore, it is possible to significantly improve the calling environment of a lightweight and compact mobile phone. In addition, since the SAR relative value <1 and the AEFF relative value> 1 by using the dielectric, both the SAR and the antenna efficiency can be improved, and the communication environment of the mobile phone can be reliably improved. . The dielectric of the present invention can be adjusted with a considerable degree of freedom by adding a dielectric material or a conductive material to a resin, rubber or elastomer as a base material. large.
図１に本発明を用いた携帯電話機を概略的に示す。携帯電話機２は使用者の頭部３に近接して使用される。携帯電話機２の筐体内部には、送受信回路基板４、メイン回路基板５、電源回路基板６が組み込まれ、それぞれ送受信回路、制御回路、電源回路を構成する回路部品や、ＩＣ及びメモリなどのチップ部品が実装されている。送受信回路基板４にはホイップアンテナ７が組み付けられ、使用時には図示のように引き出され、不使用時には筐体内部に収納することができる。
FIG. 1 schematically shows a mobile phone using the present invention. The
メイン回路基板５には、スピーカ９及びマイク１０が設けられ、筐体に形成されたそれぞれの通話孔を通して音声を聞いたり送ったりすることができる。メイン回路基板５には、さらに液晶パネル１２やダイヤルキー操作部１３などが設けられている。液晶パネル１２のモニタ画面は筐体外部に露呈し、通話時の各種情報を使用者に表示する。ダイヤルキー操作部１３が押圧操作されると、その操作信号がキーパッド装置１４を介してメイン回路基板５に実装された制御回路に入力される。また、電源回路基板６には充電式のバッテリーの装填部が設けられている。なお、これらの各種の回路基板や回路部品の機能及び作用は、従来周知の携帯電話機と共通であるので、詳細な説明については省略する。
The
使用者の頭部３に近接する側の筐体内壁には、ＳＡＲを小さく抑え、しかもアンテナ効率を向上させる目的で誘電体シート１５が取り付けられている。誘電体シート１５は１ｍｍの厚みをもった可撓性の誘電体で構成され、ホイップアンテナ７の長手方向と略平行に、かつ筐体内の送受信回路基板４と使用者の頭部３との間を遮るように展延されている。そして、携帯電話機２から放射される電磁波を反射し、吸収し、あるいは透過させる電磁波制御体として作用する。
A
この誘電体シート１５は、具体的な実施例としてはシリコーンゴムが母剤として用いられ、この母剤中に導電性素材であるカーボン粉末及び数百μｍの長さをもつカーボン繊維を添加剤として調製・混入した誘電体で、その比誘電率「εr ＝εr ’−ｊεr ''」の実数部εr ’及び虚数部εr ''の値は、図３の特性表（両対数グラフ）に示すように特性線Ｋの外側領域に属する点Ｘ（２８８，１２４）となっている。このような誘電特性をもつ誘電体シート１５を用いることにより、ＳＡＲ値を抑えつつ、携帯電話機２からの電磁波を損失なく放射させることが可能となる。
As a specific example, the
誘電体シート１５を用いることによる効果は、図２に示す実験設備により確認されている。図２に示す実験設備は、誘電体シート１５を除いた従来の携帯電話機２０と、人体と電磁波特性を等価（比誘電率＝４３．６、導電率＝０．９１（Ｓ／ｍ））にしたファントムモデル２２と、その両者間に配置した板状の誘電体サンプル２４とを用い、その両側に電磁波エネルギー測定用のアンテナ２５，２６を配置したものである。
The effect of using the
アンテナ２５は携帯電話機２０のホイップアンテナ７からファントムモデル２２とは逆方向に距離Ｌ１（＝１００ｍｍ）だけ離され、携帯電話機２０から放射される電磁波エネルギーを測定するためのもので、その測定値はアンテナ効率に相当する。他方のアンテナ２６は、携帯電話機２０のファントムモデル２２側の筐体外壁から距離Ｌ２（＝２５ｍｍ）だけ離され、誘電体サンプル２４を通して受信される電磁波エネルギーを測定するためのもので、その測定値はＳＡＲ値に相当する。誘電体サンプル２４の厚みＬ３は１ｍｍであり、携帯電話機２０の筐体から距離Ｌ４（＝０．５ｍｍ）離されている。なお、誘電体サンプル２４のサイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍにしてある。
The
誘電体サンプル２４の比誘電率εr の実数部εr ’の値を「２８８」、虚数部εr ''の値を「１２４」に選定したものでは、携帯電話機２０から９００ＭＨｚの電磁波を放射させたとき、誘電体サンプル２４を配置していないときに対する相対値として、アンテナ２５で測定される電磁波エネルギー（アンテナ効率）が少なくとも１０％以上増加すること、そしてアンテナ２６で測定される電磁波エネルギー（ＳＡＲ値）が５０％以上低減できることが確認された。したがって、ＳＡＲ相対値は０．５、ＡＥＦＦ相対値は１．１となり、この誘電体サンプル２４が本発明の目的を達成するうえで有効であることが分かる。なお、比誘電率εr の測定には日本ヒューレット・パッカード（株）社製のＨＰ８５０７０Ｂを用いて測定した。
When the value of the real part ε r ′ of the relative permittivity ε r of the
このような目的で誘電体を使用するとき、その誘電特性の実用的範囲を検討するために図３に示す特性線Ｋが用いられる。この特性線Ｋは、誘電体サンプル２４の厚みを１ｍｍにしたとき、ＳＡＲ値を低下させ、かつアンテナ効率についてはその相対値が１．０を下回らないという条件を満たす誘電特性に対応し、具体的には比誘電率εr の実数部εr ’の値と、虚数部εr ''の値との組み合わせでプロットされ、そのいくつかの点は先の［表２］に挙げたとおりである。
When a dielectric is used for such a purpose, a characteristic line K shown in FIG. 3 is used in order to study a practical range of the dielectric characteristics. This characteristic line K corresponds to the dielectric characteristic that satisfies the condition that when the thickness of the
また、特性線Ｋ上の各点は、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、虚数部εr ''の値を例えば図３に指標を付した「１５１」，「４１」，「１１」，「１」に固定し、それぞれ実数部εr ’を変化させてアンテナ効率の相対値をグラフ化したとき、アンテナ効率の相対値が「１．０」になるときの虚数部εr ''の値と、そのときの実数部εr ’の値との組み合わせとしてとらえられる。また、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実数部εr ’の値を、例えば図３に指標を付した「１０１」，「１１」，「１」に固定しておき、虚数部εr ''を変化させながらアンテナ効率の相対値の変化をグラフ化したとき、アンテナ効率が「１．０」となるときの虚数部εr ''の値と、そのときの実数部εr ’の値との組み合わせが特性線Ｋ上にプロットされることになる。 Further, as shown in FIGS. 4A to 4D, each point on the characteristic line K indicates the value of the imaginary part ε r ″, for example, “151”, “41”, When the relative value of the antenna efficiency is graphed by fixing the values to “11” and “1” and changing the real part ε r ′, respectively, the imaginary part ε when the relative value of the antenna efficiency is “1.0”. It can be considered as a combination of the value of r ″ and the value of the real part ε r ′ at that time. Further, as shown in FIGS. 5A to 5C, the value of the real part ε r ′ is fixed to, for example, “101”, “11”, “1” with the index shown in FIG. 'when graphed changes in the relative values of the antenna efficiency while varying the imaginary part epsilon r when the antenna efficiency is "1.0"' imaginary part epsilon r 'and values of' the real part of the time The combination with the value of ε r ′ is plotted on the characteristic line K.
図４のグラフからわかるように、虚数部εr ''の値を固定して実数部εr ’の値を大きくしてゆくと、その値が「１０」を越えるまではアンテナ効率にほとんど変化が見られないが、それ以後はアンテナ効率が増加傾向を示す。一般に、比誘電率の実数部の値が増えると電磁波の反射率が高められるため、ＳＡＲ値の低減及びアンテナ効率の向上に有利となることがわかる。 As can be seen from the graph of FIG. 4, when the value of the imaginary part ε r ″ is fixed and the value of the real part ε r ′ is increased, the antenna efficiency changes almost until the value exceeds “10”. However, after that, the antenna efficiency tends to increase. In general, it can be seen that increasing the value of the real part of the relative permittivity increases the reflectivity of electromagnetic waves, which is advantageous for reducing the SAR value and improving the antenna efficiency.
一方、実数部εr ’の値を固定して虚数部εr ''の値を大きくしてゆくと、図５に示すようにアンテナ効率は一旦下降して極小となり、以後は増加する傾向を示す。比誘電率の虚数部εr ''の値が大きくなると電磁波に対する吸収率が高くなってゆくので、ＳＡＲ値の低減に有利である。しかし、虚数部εr ''の値がグラフ中での中間的な値をとるとアンテナ効率が抑えられ好ましくない。 On the other hand, when the value of the real part ε r ′ is fixed and the value of the imaginary part ε r ″ is increased, the antenna efficiency once decreases and becomes minimal as shown in FIG. Show. As the value of the imaginary part ε r ″ of the relative permittivity increases, the absorption rate for electromagnetic waves increases, which is advantageous for reducing the SAR value. However, it is not preferable that the value of the imaginary part ε r ″ takes an intermediate value in the graph because the antenna efficiency is suppressed.
このようにして得られた特性線Ｋは、図３に示すように、実数部εr ’の値と虚数部εr ''の値とを座標軸とするグラフ上に閉じられた領域Ｉを作る。そして、本発明を用いた誘電体シート１５は特性線Ｋの外側の領域IIに属している。これに対し、例えば非特許文献２には、本発明と同様の目的で用いられている３０ｍｍ厚のシールド材として、比誘電率εr が「１０−ｊ１０」、「２０−ｊ２０」である２例について紹介されているが、これらのサンプルＳ１，Ｓ２はいずれも図３の領域I に属するもので、その誘電特性には大きな相違がある。
As shown in FIG. 3, the characteristic line K obtained in this way creates a closed region I on the graph with the value of the real part ε r ′ and the value of the imaginary part ε r ″ as the coordinate axes. . The
これらの誘電特性をもつサンプルＳ１，Ｓ２を用い、さらにＳＡＲ値を低減させつつアンテナ効率を向上させるには、少なくとも電磁波に対する反射率を高める必要があるが、そのためには厚みをさらに増やさなくてはならず、現状の軽量コンパクト化された携帯電話機には適用が困難であることがわかる。 In order to improve the antenna efficiency while using the samples S1 and S2 having these dielectric characteristics and further reducing the SAR value, it is necessary to increase at least the reflectivity with respect to the electromagnetic wave. For this purpose, the thickness must be further increased. In other words, it is difficult to apply to the current lightweight and compact mobile phone.
ところで、図３に示す領域I は「実数部も虚数部も小さい部分」に相当し、領域IIは（１）「実数部の値が大きく虚数部の値が小さい部分」と、（２）「実数部が小さく虚数部が大きい部分」と、（３）「実数部も虚数部も大きい部分」との３種類からなる。誘電体の比誘電率を（１）の部分に含めるには、母剤に高誘電性素材として添加するチタン酸バリウムやＰＺＴのアスペクト比を工夫することで実現が可能で、この部分の誘電体は表面での反射はさほど多くはないが、内部での吸収も少ないという性質をもつ。比誘電率を（２）の部分に含めるには、添加するカーボンや金属などの導電性素材の粒径やアスペクト比、また母剤との混合比率の調整により実現可能である。比誘電率を（３）の部分に含めるには、（１）で実現した素材中にさらにカーボンや金属などの導電性の高い素材を混入することで対応が可能で、電磁波特性としては上記（２）の部分の誘電体と同様に、表面での反射も内部での吸収も多い性質をもつ。 By the way, the region I shown in FIG. 3 corresponds to “a portion where both the real part and the imaginary part are small”, and the region II is (1) “a part where the value of the real part is large and the value of the imaginary part is small”. There are three types: a part having a small real part and a large imaginary part, and (3) a part having both a real part and an imaginary part. Including the relative dielectric constant of the dielectric in the part (1) can be realized by devising the aspect ratio of barium titanate or PZT added as a high dielectric material to the base material. Has the property that the reflection on the surface is not so much, but the absorption inside is also small. The inclusion of the relative dielectric constant in the part (2) can be realized by adjusting the particle diameter and aspect ratio of the conductive material such as carbon and metal to be added, and the mixing ratio with the base material. In order to include the relative dielectric constant in the part (3), it is possible to mix the material realized in (1) with a highly conductive material such as carbon or metal. Similar to the dielectric of the part 2), it has the property that there are many reflections on the surface and absorption inside.
本発明と同様の目的で低損失の磁性板を使用することが非特許文献３で紹介され、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄについての評価が行われている。そして、低損失磁性板を用いる場合には、比透磁率μr （＝μr ’−ｊμ''）の特性が重要であり、アンテナ効率の向上に対しては、その実数部μr ’が大きく、虚数部μ''が小さい方で有利であることが結論づけられている。サンプルＡ〜Ｄの比透磁率μr は、厚みが５ｍｍ、電磁波周波数が９００ＭＨｚの条件のもとでは下表のとおりで、比誘電率εr は同文献の記載にしたがい、いずれも「１−ｊ０」とした。
The use of a low-loss magnetic plate for the same purpose as that of the present invention is introduced in
そこで、本発明の誘電体における特性線Ｋの求め方を磁性体に適用した場合でも妥当性があることを示すために、非特許文献３に記載されたサンプルＡ〜Ｄについて、横軸に比透磁率μr の実数部μr ’の値、縦軸に虚数部μ''の値をとった比透磁率特性表中にプロットした様子を図６に示す。同図中の特性線Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 は、電磁波周波数９００ＭＨｚ、磁性体厚み５ｍｍを条件として、アンテナ効率の相対値が「１．０」、「１０％低下」、「２０％低下」、「３０％低下」となるときの、比透磁率の実数部μr ’の値と虚数部μ''の値との組み合わせをプロットしたものである。
Therefore, in order to show that the method of obtaining the characteristic line K in the dielectric of the present invention is valid even when applied to the magnetic material, the horizontal axis of the samples A to D described in
図６によれば、サンプルＡ，Ｂ，Ｃは、サンプルＤよりもアンテナ効率が約１０〜２０％低下していることがわかる。非特許文献３には、これらのサンプルの評価結果として次のデータが記載されているが、図６による結果とほぼ合致しており、本発明における特性線Ｋを求める考え方の妥当性が、非特許文献３の磁性体との対応からも確認することができる。
According to FIG. 6, it can be seen that the antenna efficiency of samples A, B, and C is lower than that of sample D by about 10 to 20%.
また、上表における吸収電力は、ＳＡＲに相当する「ファントム吸収電力」を表しており、図６の比透磁率特性表中ではサンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順にそれぞれ４３，６０，１００，３１となり、［表４］の結果とよく合致している。 Further, the absorbed power in the above table represents “phantom absorbed power” corresponding to SAR, and in the relative permeability characteristics table of FIG. 6, samples A, B, C, and D are respectively in the order of 43, 60, 100, 31, which is in good agreement with the results of [Table 4].
さらに、本発明で特定された比誘電率特性をもつ誘電体を利用すれば、所期の目的を達成しながらもその厚みを十分に薄くできることについて、前掲した非特許文献２のシールド材のサンプルＳ１，Ｓ２との比較により検討してみる。 Furthermore, the use of the dielectric material having the relative dielectric constant characteristics specified in the present invention can sufficiently reduce the thickness while achieving the intended purpose. Consider the comparison with S1 and S2.
比誘電率がそれぞれ特定されているサンプルＳ１（εr ＝１０−ｊ１０）及びＳ２（εr ＝２０−ｊ２０）と、図６の領域IIに属する本発明の誘電体Ｘ（εr ＝２８８−ｊ１２４）について、９００ＭＨｚの電磁波を照射したときの透過比を誘電体の厚みｄを横軸にとって表すと図７のとおりである。透過比はＳＡＲを小さく抑えるために小さい方が好ましいが、透過比を０．４まで低下させるには、サンプルＳ１，Ｓ２ではそれぞれ２．８ｍｍ，１．４ｍｍとなる。これに対し、本発明の誘電体Ｘでは、略０．１〜０．２ｍｍ程度で十分である。 Samples S1 (ε r = 10−j10) and S2 (ε r = 20−j20) whose relative dielectric constants are specified, respectively, and dielectric X of the present invention belonging to region II in FIG. 6 (ε r = 288−) For j124), the transmission ratio when an electromagnetic wave of 900 MHz is irradiated is shown in FIG. The transmission ratio is preferably small in order to keep the SAR small, but in order to reduce the transmission ratio to 0.4, the samples S1 and S2 are 2.8 mm and 1.4 mm, respectively. On the other hand, in the dielectric X of the present invention, about 0.1 to 0.2 mm is sufficient.
誘電体Ｘが、サンプルＳ１，Ｓ２と比較して十分に薄くても透過比を小さくできる理由としては、誘電体Ｘでは比誘電率と比透磁率との積の平方根「√（εr ×μr ）」が大きく、波長の圧縮効果が大きくなるためと考えられる。同様の理由から、本発明の誘電体Ｘを用いる場合、厚みだけでなく縦横サイズの小型化も可能であると思われる。 The reason why the transmission ratio can be reduced even if the dielectric X is sufficiently thin compared to the samples S1 and S2 is that the dielectric X has a square root of the product of the relative permittivity and the relative permeability “√ (ε r × μ r ) ”is large and the wavelength compression effect is considered to be large. For the same reason, when the dielectric X of the present invention is used, not only the thickness but also the vertical and horizontal sizes can be reduced.
次に電磁波に対する反射特性について、同様にサンプルＳ１，Ｓ２と本発明の誘電体Ｘとの対比を行う。図８に示すように、横軸に厚みｄをとったとき、反射比１（全反射）に対し、反射比０．５を得るためには、誘電体Ｘでは０．５ｍｍ厚程度で済むのに対し、サンプルＳ１，Ｓ２では、その１０倍の５ｍｍ厚でも実現することができない。誘電体の反射比が大きくなると、ＳＡＲの低減とともにアンテナ効率の向上が見込まれることから誘電体Ｘの優位性は明らかである。電磁波の反射能を高めるには、Ｚ＝√（μr ／εr ）の絶対値を１よりも十分に大きくすることと関連しており、誘電体Ｘはこの点でサンプル１，２よりも有利であると思われる。
Next, the reflection characteristics for electromagnetic waves are similarly compared between the samples S1 and S2 and the dielectric X of the present invention. As shown in FIG. 8, when the thickness d is taken on the horizontal axis, in order to obtain a reflection ratio of 0.5 with respect to a reflection ratio of 1 (total reflection), the dielectric X needs only about 0.5 mm thick. On the other hand, the samples S1 and S2 cannot be realized even with a thickness of 10 times that of 5 mm. When the reflection ratio of the dielectric is increased, the antenna efficiency is expected to be improved together with the reduction of the SAR, so that the superiority of the dielectric X is clear. In order to increase the reflectivity of electromagnetic waves, it is related to making the absolute value of Z = √ (μ r / ε r ) sufficiently larger than 1, and in this respect, dielectric X is more than
上記Ｚの分子μr と分母εr との比を大きくするという観点で磁性体を用いる場合と誘電体を用いる場合とを比較すると、非特許文献１や非特許文献３に記載された磁性体の場合では、必然的に「１」よりも大きい有限の比誘電率εr が付随する。この点、誘電体を用いる場合では磁性を示す材料を混入する素材として用いなければ、比透磁率μr を「１」にすることは容易に実現することが可能であり、電磁波に対して高い反射性をもたせるうえでは、磁性体よりも誘電体を利用する方が有利となる。
Comparing the case of using a case with a dielectric using a magnetic material with a view to increasing the ratio of the molecular mu r and denominator epsilon r of the Z, magnetic material described in
例えば非特許文献３の磁性体のサンプルＤ（μr ＝６．２８−ｊ０．７６）の場合、比誘電率εr が１であれば上記Ｚの分子μr と分母εr との絶対値は２．５２程度になり、ある程度の反射は期待し得る。しかし、極端な場合として比誘電率εr の値が「６．２８−ｊ０．７６」になったとすると上記Ｚの絶対値が１となり、磁性体からの電磁波の反射はなくなる。このような特殊な場合だけでなく、磁性体には１よりも大きい比誘電率が付随してくることから、電磁波の反射を高める材料としては誘電体よりも不利であることがわかる。
For example, in the case of sample D (μ r = 6.28−j0.76) of the magnetic material of
図９は、同様に誘電体ＸとサンプルＳ１，Ｓ２について、厚みｄに対する吸収比を表したグラフである。吸収が増加するとアンテナ効率の点では不利になるがＳＡＲ値の低減効果が増える。サンプルＳ１，Ｓ２では吸収を増やすには厚みｄを厚くしてゆくしかないが、誘電体Ｘでは厚みｄが薄い範囲内で吸収の調節が可能となり、図７及び図８に示す透過比や反射比を合わせて考慮した場合、柔軟な対応がとり得ることがわかる。 FIG. 9 is a graph showing the absorption ratio with respect to the thickness d for the dielectric X and the samples S1 and S2. Increasing the absorption is disadvantageous in terms of antenna efficiency, but increases the effect of reducing the SAR value. In the samples S1 and S2, the thickness d can only be increased in order to increase the absorption. However, in the dielectric X, the absorption can be adjusted within the range where the thickness d is thin, and the transmission ratio and reflection shown in FIGS. It can be seen that a flexible response can be taken when considering the ratio together.
以下、本発明の携帯電話機に効果的に用いることができる誘電体の具体的な実施例について説明する。次に挙げる［表５］に示すとおり、実施例１〜３はいずれもシリコーンゴムを母剤とし、これにグラファイト繊維及び数種の添加剤を加えたものである。［表５］に挙げた物質名のうち、グラファイト繊維及び導電カーボンは母剤となるシリコーンゴムに導電性素材として混合され、乾式シリカは誘電性素材として混合されている。また、シリコーンオイルは柔軟剤として、有機過酸化物は架橋剤として作用する。なお、表中の重量部「０」は添加していないことを表している。 Specific examples of dielectrics that can be effectively used in the mobile phone of the present invention will be described below. As shown in [Table 5] below, Examples 1 to 3 all have silicone rubber as a base material, and graphite fibers and several additives are added thereto. Of the substance names listed in [Table 5], graphite fiber and conductive carbon are mixed as a conductive material with silicone rubber as a base material, and dry silica is mixed as a dielectric material. Silicone oil acts as a softening agent, and organic peroxide acts as a crosslinking agent. In addition, the weight part “0” in the table indicates that no addition was made.
それぞれの物質名と具体的な製品名との対応及び、これらの製品の製造又は販売元は次のとおりである。
・シリコーンゴム 「ＤＹ３２−１５２Ｕ」
東レダウコーニングシリコーン（株）
・グラファイト繊維 「ＭＧ II ２４４」
大阪ガスケミカル（株）
・導電カーボン 「ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ」
花王（株）
・乾式シリカ 「アエロジル２００」
日本アエロジル（株）
・シリコーンオイル 「ＳＨ２００ｃｖ１１０ｃｓ」
東レダウコーニングシリコーン（株）
・ＣａＯ 「ＶＥＳＴＡＰＰ」
井上石灰工業（株）
・有機過酸化物 「ＲＣ−４（５０Ｐ）」
東レダウコーニングシリコーン（株）
The correspondence between each substance name and the specific product name, and the manufacturers or distributors of these products are as follows.
・ Silicone rubber "DY32-152U"
Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.
・ Graphite fiber "MG II 244"
Osaka Gas Chemical Co., Ltd.
・ Conductive carbon "Ketjen Black EC600JD"
Kao Corporation
・ Dry silica “Aerosil 200”
Nippon Aerosil Co., Ltd.
・ Silicone oil "SH200cv110cs"
Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.
・ CaO “VESTAPP”
Inoue Lime Industry Co., Ltd.
・ Organic peroxide "RC-4 (50P)"
Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.
実施例１〜３の誘電体は、０．５ｍｍ×４０ｍｍ×１１０ｍｍの寸法をもつ誘電体シートとして作成されている。その作成にあたっては、まず、それぞれ選択された材料を各々の重量部でオープンロールに投入し、室温（２５°Ｃ）下で十分に混練して混合物を得る。この混合物の適量を、加圧したときの対向隙間が０．５ｍｍに設定された金型の間に仕込み、１７０°Ｃの温度下で１０分間加圧（圧力１８０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）してシート状に成形する。こうして得た厚み０．５ｍｍのシート状成形体を４０ｍｍ×１１０ｍｍのサイズにカットして実施例１〜３の誘電体シートを作成することができる。 The dielectrics of Examples 1 to 3 are prepared as dielectric sheets having dimensions of 0.5 mm × 40 mm × 110 mm. In the preparation, first, each selected material is put into an open roll in each part by weight, and sufficiently mixed at room temperature (25 ° C.) to obtain a mixture. An appropriate amount of this mixture is charged into a mold having an opposing gap set to 0.5 mm when pressed, and pressed at a temperature of 170 ° C. for 10 minutes (pressure 180 kgf / cm 2 ) to form a sheet. To form. The dielectric sheet of Examples 1 to 3 can be prepared by cutting the sheet-like molded body having a thickness of 0.5 mm thus obtained into a size of 40 mm × 110 mm.
実施例１〜３の誘電体シートがもつ複素比誘電率の実数部εr ’及び虚数部εr ''の値は［表５］に示すとおりで、いずれのものも［表１］の特性線Ｋの外側に分布しており、携帯電話機のＳＡＲを低減させ、かつアンテナ効率を高める誘電体として好適であることが分かる。しかもこれらの誘電体は、いずれも入手が簡単な物質を用いて比較的容易に製造することができるから量産適性にもすぐれている。 The values of the real part ε r ′ and the imaginary part ε r ″ of the complex relative permittivity possessed by the dielectric sheets of Examples 1 to 3 are as shown in [Table 5]. It can be seen that it is distributed outside the line K and is suitable as a dielectric that reduces the SAR of the mobile phone and increases the antenna efficiency. Moreover, since these dielectrics can be manufactured relatively easily using materials that are easily available, they are also suitable for mass production.
なお、本発明の携帯電話機に好適な誘電体の組成は上記実施例１〜３にのみ限られるものではない。例えば、母剤としてもシリコーンゴムに代えてエポキシ樹脂、オレフィン樹脂、オレフィン系の熱可塑性エラストマー、スチレン系のエラストマーなどを用いることも可能である。また、導電性物質として適宜の長さ（７００μｍ程度）のカーボン繊維や粒子径を２０μｍにした鱗片状グラファイトを用いたり、非導電性材料として添加する物質としてもアルミナ粉末や湿式シリカを利用することも可能である。 In addition, the composition of the dielectric suitable for the mobile phone of the present invention is not limited to the above Examples 1 to 3. For example, an epoxy resin, an olefin resin, an olefin-based thermoplastic elastomer, a styrene-based elastomer, or the like can be used as a base material instead of silicone rubber. In addition, carbon fiber having an appropriate length (about 700 μm) as a conductive substance, flake graphite having a particle diameter of 20 μm, or alumina powder or wet silica as a substance to be added as a non-conductive material should be used. Is also possible.
以上、図示した実施形態あるいは実施例に基づいて本発明について説明してきたが、本発明は種々の携帯電話機に適用可能である。例えば、アンテナとして引き出し式のホイップアンテナを内蔵したものだけでなく、筐体外に突出させることなく使用可能なチップアンテナを回路基板上に実装したものや逆Ｆアンテナと呼ばれる内蔵型のアンテナを用いたもの、また受話ユニットと送話ユニットとが折り畳み式になったものなど、シート状の誘電体をアンテナや発振回路などの電磁波発生源と人体頭部との間に展延して用いるようにすれば、その形態によらず同等の作用効果を得ることができる。また、誘電体を設ける位置としても、筐体内壁だけでなく、いずれかの回路基板に固定したり、液晶パネルなどの表示装置の内面側に固定したり、さらにはこれらの誘電体をシールドケースと併用するなど、様々な形態で実施可能である。 Although the present invention has been described based on the illustrated embodiment or example, the present invention is applicable to various mobile phones. For example, not only a built-in pull-out type whip antenna as an antenna, but also a chip antenna that can be used without protruding outside the housing is mounted on a circuit board, or a built-in antenna called an inverted F antenna is used. For example, a sheet-like dielectric such as a folding unit of a receiving unit and a transmitting unit may be used between an electromagnetic wave source such as an antenna or an oscillation circuit and a human head. For example, the same effect can be obtained regardless of the form. In addition, the position where the dielectric is provided is not only fixed to the inner wall of the housing, but also to any circuit board, or to the inner surface of a display device such as a liquid crystal panel. It can be implemented in various forms such as using together.
さらに本発明によれば、誘電体素材を薄くできることに伴う高密度設計の容易化により携帯電話機のコンパクト化及び資源の節約効果も得られ、さらには通話環境の改善効果もある。さらに、アンテナ効率が低下すると送受信時の電波出力の増加が余儀なくされ、携帯電話機の内蔵電池の寿命が短くなるが、本発明によりアンテナ効率が改善されることに伴い、電池寿命を延ばすという付随効果も期待できる。 Furthermore, according to the present invention, the cellular phone can be made compact and resources can be saved by facilitating the high-density design associated with the reduction in the thickness of the dielectric material, and further the call environment can be improved. Furthermore, if the antenna efficiency decreases, the radio wave output at the time of transmission / reception is inevitably increased, and the life of the built-in battery of the mobile phone is shortened. However, as the antenna efficiency is improved by the present invention, the accompanying effect that the battery life is extended. Can also be expected.
２ 携帯電話機
７ ホイップアンテナ
１５ 誘電体シート
２０ 携帯電話機
２２ ファントムモデル
２４ 誘電体サンプル
２５，２６ 電磁波測定用のアンテナ
2
Claims (3)
The mobile phone according to claim 1 or 2, wherein the complex relative permittivity of the dielectric is adjusted by adding a dielectric material and / or a conductive material to a resin, rubber, or elastomer as a base material. Phone.
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