JP5121051B2

JP5121051B2 - 無線通信端末

Info

Publication number: JP5121051B2
Application number: JP2007334161A
Authority: JP
Inventors: 弘准菊地; 健一佐藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: EP2234200A1; US20110086667A1; WO2009081512A1; EP2234200A4; US8219165B2; JP2009159227A

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し、特に通話や電子メールの一般的な通信動作の他に、ブルートゥース、Ｗ−ＬＡＮ（Wireless LAN）、ＧＰＳ（Global Positioning System）等のアプリケーション動作が可能な無線通信端末に関する。

近年、携帯電話機やＰＨＳ等の無線通信端末は、通話や電子メールの通信動作に加えてブルートゥース、Ｗ−ＬＡＮ、ＧＰＳ等のアプリケーション動作が行えるなど多機能化が進んでいる。このような多機能化により、通信用のアンテナ素子の他にアプリケーション用のアンテナ素子を有する場合が多い。図１１はそのような２つのアンテナ素子を有する無線通信端末の外観を示す斜視図である。この図において、筐体１００に通信用のアンテナ素子１０１とアプリケーション用のアンテナ素子１０２が離間配置されている。通信用のアンテナ素子１０１には通信用の電力が供給され、アプリケーション用のアンテナ素子１０２にはアプリケーション用の電力が供給される。

一方、図１２に示すように、無線通信端末を金属製の机などの金属板２００上に置いた場合に無線通信端末のアンテナ利得が低下してしまうので、無給電素子１０３を設けてアンテナ利得低下の改善を図っている。なお、この無給電素子１０３は上述したアプリケーション用のアンテナ素子１０２とは異なり、アンテナ利得改善のためだけに設けられる。

なお、図１２に示す無給電素子１０３と同様の作用を成すものとして、例えば特許文献１で開示された“放射素子”がある。この放射素子は、端末本体内に設けられた基板のグランド面に端末本体の厚さ方向（即ち、端末本体を机等に置いたときに略垂直な方向）に接続される。特許文献１で開示されているように、回路基板には高周波電流が流れるが、通信端末を金属板上に置いた状態では鏡像効果によって金属板に逆相の高周波電流が流れるため、高周波電流が打ち消されてアンテナの放射が弱められ、アンテナ利得が低下してしまう。しかし、金属板に対して垂直な成分は打ち消し合わないため、放射素子は金属板に対して対称にダイポールアンテナを構成する。これにより、アンテナ利得の低下が抑制される。

国際公開第０４−０４２９４７号公報

このように、従来は無給電素子１０３を設けて、端末本体を金属板２００上に置いた場合のアンテナ利得低下を抑制するようにしている。しかしながら、新たに無給電素子を設けることで、その分、コストが高くなり、実装面積も増える問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、端末本体を金属製の机などの金属板上に置いた場合のアンテナ利得を良好にし、実装面積の増加も低減することができる無線通信端末を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の無線通信端末は、複数の通信周波数にて無線通信を行う無線通信端末において、前記無線通信端末の内部に配置された回路基板と、第１のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子に接続し通信電力を給電する前記回路基板上の第１の給電部と、前記第１のアンテナ素子とは異なる周波数にて通信を行う第２のアンテナ素子と、前記第２のアンテナ素子に接続し通信電力を給電する前記回路基板上の第２の給電部と、前記第２の給電部に接続され通信を行う無線システム部と、前記第２の給電部に接続され前記第２のアンテナ素子を所定のインピーダンスを有する素子を介して前記回路基板に接続するアンテナ接地部と、を備え、前記無線通信端末を金属板上に配置した際には、前記第２のアンテナ素子を前記第１のアンテナ素子の無給電素子として使用することが可能である。

この構成によれば、第２のアンテナ素子は無線システム部による通信を行い、無線通信端末を金属板上に配置した際には、第２のアンテナ素子を無給電素子としても使用することができ、これにより端末本体を金属板上に置いた場合の第１のアンテナ素子の利得低下を抑制できる。特に、端末本体を金属板上に置いたときに第２のアンテナ素子の共振周波数が第１のアンテナ素子の周波数帯となるようにアンテナ接地部のインピーダンス素子の値を調整することで、端末本体を金属板上に置いたときに第２のアンテナ素子を第１のアンテナ素子の無給電素子として使用することができ、これにより端末本体を金属板上に置いた場合の第１のアンテナ素子の利得低下を抑制できる。

また、第２のアンテナ素子が無線システム部用アンテナと第１のアンテナ素子の無給電素子とを兼用し各々は独立して動作できることから、専用の無給電素子を設けた場合と比べてコストの上昇を最小限に抑え、実装面積を有効利用することができる。

また、上記構成において、前記無線システム部は前記第１のアンテナ素子が通信に使用する第１の周波数を遮断し、前記第２のアンテナ素子が通信に使用する第２の周波数を通過する帯域制限部を、備える。

この構成によれば、第２のアンテナ素子をアンテナ接地部に影響を与えることなく第２の給電部を介して無線システム部に接続し、無線システム部における通信に使用することができる。

また、上記構成において、前記アンテナ接地部は前記第１のアンテナ素子が通信に使用する第１の周波数を通過し、前記第２のアンテナ素子が通信に使用する第２の周波数を遮断する帯域制限部を、備える。

この構成によれば、第２のアンテナ素子を無線システム部に影響を与えることなく第２の給電部を介してアンテナ接地部に接続し、端末本体を金属板上に置いたときに第２のアンテナ素子を第１のアンテナ素子の無給電素子として使用することができ、これにより端末本体を金属板上に置いた場合の第１のアンテナ素子の利得低下を抑制できる。

また、上記構成において、前記所定のインピーダンスを有する素子は、リアクタンス素子である。

この構成によれば、端末本体を金属板上に置いたときに第２のアンテナ素子の共振周波数を第１のアンテナ素子の周波数帯となるように調整することが出来る。

また、上記構成において、前記回路基板の一方の面に配置された表示部を備え、
前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記表示部とは逆側の面側に配設される。

この構成によれば、端末本体を金属板上に置いたときに第２のアンテナ素子が金属と重なる面に配置され、第２のアンテナ素子が金属板と電磁結合することで第２のアンテナ素子を第１のアンテナ素子の無給電素子として使用することができ、これにより端末本体を金属板上に置いた場合の第１のアンテナ素子の利得低下を抑制できる。

また、上記構成において、前記回路基板の一方の面に配置された表示部を備え、前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記表示部とは同じ面側に配設される。

また、上記構成において、前記回路基板の一方の面に配置された入力部を備え、前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記入力部とは逆側の面側に配設される。

また、上記構成において、前記回路基板の一方の面に配置された入力部を備え、前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記入力部とは同じ面側に配設される。

本発明によれば、既存のアプリケーションアンテナを無給電素子としても使用し、コストの上昇及び実装面積の拡大を最小限に抑えながらも、端末本体を金属製の机などの金属板上に置いた場合のアンテナ利得の低下を抑制できる。

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。

図１は、本発明の一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である。同図において、本実施の形態の無線通信端末１は、第１、第２のアンテナ素子２、３と、給電部４、５と、セルラ無線部６と、無線システム部７と、アンテナ接地部８と、制御部９と、回路基板１０とを備えて構成される。

第１のアンテナ素子２は、セルラ無線部６における無線信号の送受信に使用される。第２のアンテナ素子３は、無線システム部７における無線信号の送受信に使用される。給電部４は、セルラ無線部６からの通信電力を第１のアンテナ素子２に給電する。給電部５は、無線システム部７からの通信電力を第２のアンテナ素子３に給電する。

セルラ無線部６は、通話やメールなどの通信を行う無線部であり、第１のアンテナ素子２を介して電波を送受信する。セルラ無線部６が通信に使用する周波数帯は主に８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯などがあるが、本実施の形態では８００ＭＨｚ帯をセルラ無線部６が通信に使用する周波数帯とし、第1のアンテナ素子２の共振周波数も同様であるとする。

無線システム部７は、アプリ１無線部７１と、アプリ２無線部７２と、整合回路７３、７４と、切り替え部７５と、帯域制限部７６とを備えて構成される。アプリ１無線部７１及びアプリ２無線部７２は、ブルートゥース、Ｗ−ＬＡＮ、ＧＰＳ等のアプリケーション用の無線部である。本実施の形態では、アプリ１無線部７１は通信周波数を２．４ＧＨｚ帯とするブルートゥースによる無線信号の送受信を行い、アプリ２無線部７２は通信周波数を１．５ＧＨｚ帯とするＧＰＳによる無線信号の送受信を行うものとしている。

帯域制限部７６は、アプリ１無線部７１が通信に使用する２．４ＧＨｚ帯とアプリ２無線部７２が通信に使用する１．５ＧＨｚ帯の各無線信号のみを通過させるフィルタである。帯域制限部７６は、具体的には、例えば図２（ａ）に示すようにインダクタＬ_１とキャパシタＣ_１を並列接続した並列接続回路で構成される。この並列接続回路がアプリ無線部の数だけ設けられていて、本実施の形態では図２（ｂ）に示すように１．５ＧＨｚ帯のみを通過させるインダクタＬ₂とキャパシタＣ₂を並列接続した回路と、２．４ＧＨｚ帯のみを通過させるインダクタＬ_３とキャパシタＣ_３を並列接続した回路とが直列に接続され、各々の並列接続回路はセルラ無線部６及び第１のアンテナ素子２が通信に使用する８００ＭＨｚ帯を遮断する構成となっている。切り替え部７５は、アプリ１無線部７１とアプリ２無線部７２の第２のアンテナ素子３との接続を切り替えるものであり、アプリ１無線部７１とアプリ２無線部７２の動作に応じて適宜切り替えられる。具体的にはＳＰＤＴ等のスイッチモジュールにより実現することが可能である。整合回路７３は第２のアンテナ素子の共振周波数をアプリ１無線部が通信に使用する周波数に調整するためのものであり、例えば図２（ｃ）に示すようにインダクタＬ_４とキャパシタＣ_４によるL型回路により構成される。本実施の形態では第２のアンテアン素子３の共振周波数を２．４ＧＨｚ帯となるように整合回路７３にて調整する。整合回路７４は第２のアンテナ素子の共振周波数をアプリ２無線部が通信に使用する周波数に調整するためのものであり、整合回路７３と同様に図２（ｃ）に示すような構成である。本実施の形態では第２のアンテナ素子３の共振周波数を１．５ＧＨｚ帯となるように整合回路７４にて調整する。

図１に戻り、アンテナ接地部８は帯域制限部８１とリアクタンス部８２を有し、このアンテナ接地部８により第２のアンテナ素子３を回路基板１０のグランドパターンに接続する。アンテナ接地部８は、帯域制限部８１により第１のアンテナ素子２が通信に使用する周波数帯のみを通過し、第２のアンテナ素子が通信に使用する周波数帯は遮断するので無線システム部７にはオープンに見せ、第１のアンテナ素子２の周波数帯でのみ第２のアンテナ素子３を回路基板のグランドパターンに接続する。特に、金属板上での第２のアンテナ素子３の共振周波数が第１のアンテナ素子２の周波数帯となるようにリアクタンス部８２にて共振周波数を調整する。

図３は、アンテナ接地部８の具体的構成例を示す図であり、第１のアンテナ素子２が通信に使用する周波数帯域である８００ＭＨｚ帯のみを通過させるインダクタＬ_５とキャパシタＣ_５を並列接続した帯域制限部８１と、金属板上での第２のアンテナ素子３の共振周波数を第１のアンテナ素子２の周波数帯となるように調整するインダクタＬ_６からなるリアクタンス部８２とを有する。なお、図３では、リアクタンス部８２をインダクタで構成したが、キャパシタ及びレジスタで構成しても構わない。

このように、端末本体を金属板上に置いたときの第２のアンテナ素子３の共振周波数が第１のアンテナ素子２の周波数帯となるようにアンテナ接地部８で調整することで、第１のアンテナ素子２から無線信号を送信しているときに端末本体を金属板上に置いた場合に第２のアンテナ素子３が第１のアンテナ素子２の無給電素子として作用して、第１のアンテナ素子２の金属板上での利得低下を抑制する。

制御部９は、図示せぬマイコンと、このマイコンを制御するプログラムと、マイコンの動作において使用されるワークメモリとを有し、端末本体の各部を制御する。制御部９は、セルラ無線による通信を行うときはセルラ無線部６を動作させ、ブルートゥースによる通信を行うときはアプリ１無線部７１を動作させ、ＧＰＳによる通信を行うときはアプリ２無線部７２を動作させる。

次に、本実施の形態の無線通信端末１の動作を説明する。セルラ無線部６による無線通信を行う場合、制御部９は、セルラ無線部６を動作させる。また、第２のアンテナ素子３はアンテナ接地部８により回路基板１０のグランドパターンに接続されており、無線通信端末１が金属板上に配置された際に、第２のアンテナ素子３は金属板と電磁結合することで所定の周波数で共振し、さらにアンテナ接地部８のリアクタンス部８２により端末本体を金属板上に置いた時の第２のアンテナ素子３の共振周波数を第１のアンテナ素子が使用する周波数になるように調整することが出来る。これにより、第２のアンテナ素子３が第１のアンテナ素子２の無線給電素子として作用し、第１のアンテナ素子２の金属板上での利得低下を抑制する。

一方、アプリ１無線部７１による無線通信を行う場合、制御部９は、アプリ１無線部７１を動作させる。アプリ１無線部７１を動作させることで、アプリ１無線部７１からの通信電力が整合回路７３、切り替え部７５、帯域制限部７６、給電部５をそれぞれ介して第２のアンテナ素子３に供給され、第２のアンテナ素子３から通信周波数が２．４ＧＨｚ帯であるブルートゥースの無線信号が送信される。このときアプリ１無線部７１で扱われる周波数帯の２．４ＧＨｚ帯は帯域制限部８１により遮断されるためアンテナ接地部８には無線信号は流れず、帯域制限部７６を通過した無線信号はそのまま給電部５を介して第２のアンテナ素子３に入力される。

また、アプリ２無線部７２による無線通信を行う場合、制御部９は、アプリ２無線部７２を動作させる。アプリ２無線部７２を動作させることで、アプリ２無線部７２からの通信電力が整合回路７４、切り替え部７５、帯域制限部７６、給電部５をそれぞれ介して第２のアンテナ素子３に供給され、第２のアンテナ素子３から通信周波数が１．５ＧＨｚ帯であるＧＰＳの周波数帯の無線信号が送信される。このときアプリ２無線部７２で扱われる周波数帯の１．５ＧＨｚ帯は帯域制限部８１により遮断されるためアンテナ接地部８には無線信号は流れず、帯域制限部７６を通過した無線信号はそのまま給電部５を介して第２のアンテナ素子３に入力される。

以上説明したように、本実施の形態の無線通信端末１によれば、第２のアンテナ素子３をアンテナ接地部８を介して回路基板のグランドパターンに接続し、無線通信端末１を金属板上に配置した際に第２のアンテナ素子３を金属板と電磁結合させ所定の周波数に共振させ、更に、端末本体を金属板上に置いたときの第２のアンテナ素子３の共振周波数が第１のアンテナ素子２の周波数帯となるようにアンテナ接地部８のリアクタンス部８２で調整したので、第１のアンテナ素子２の周波数帯である８００ＭＨｚ帯の無線信号を送信している状態で端末本体を金属板上に置いた場合に第２のアンテナ素子３を無給電素子として使用することができ、第１のアンテナ素子２の利得低下を抑制できる。

また、上記と同時に第２のアンテナ素子３が無線システム部７用のアンテナとして動作しＧＰＳとブルートゥースの通信を行うことができ、かつ第１のアンテナ素子２の無給電素子とを兼用することから、専用の無給電素子を設けた場合と比べてコストの上昇を最小限に抑え、実装面積を低減することができる。

なお、本実施の形態では、無線通信端末１が金属板上に配置された際に第２のアンテナ素子３が金属板と電磁結合する位置に配置されているが、第２のアンテナ素子３の位置を限定する必要はなく、端末本体の金属板上での共振周波数が第１のアンテナ素子２の周波数帯となるようにアンテナ接地部８のリアクタンス部８２を調整すれば、どのような位置にでも配置可能である。また、本実施の形態ではストレート形状の無線通信端末１について述べているが、それに限るものではなく図９、図１０に示すように折りたたみ形状や、スライド形状等、構造を限定することなく実現可能である。図４〜図１０に第２のアンテナ素子３の配置例を示す。各図において、（ａ）は斜視図であり、図８、１０の（ｂ）は正面図で、図４、５、６、７、９の（ｂ）は背面図である。図４は、端末本体の操作画面等が表示される表示部と逆側の面に第１のアンテナ素子２が設けられた箇所と長手方向の反対側の箇所の右側部分に第２のアンテナ素子３を設けた例である。図５は、端末本体の操作画面等が表示される表示部と逆側の面に第１のアンテナ素子２が設けられた箇所と長手方向の反対側の箇所の左側部分に第２のアンテナ素子３を設けた例である。図６は、本実施の形態と略同様に、端末本体の第１のアンテナ素子２が設けられた箇所の短手方向の反対側の箇所に第２のアンテナ素子３を設けた例である。図７は、端末本体の第１のアンテナ素子２が設けられた箇所の直下に第２のアンテナ素子３を設けた例である。図８は、端末本体の操作画面等が表示される表示部と同じ面に第１のアンテナ素子２が設けられた箇所と長手方向の反対側の箇所の右側部分第２のアンテナ素子３を設けた例である。図９は、端末本体の文字・番号入力等を行う入力部と逆側の面に第１のアンテナ素子２が設けられた箇所と長手方向の反対側の箇所の右側部分に第２のアンテナ素子３を設けた例である。図１０は、端末本体の文字・番号入力等を行う入力部と同じ面に第１のアンテナ素子２が設けられた箇所と長手方向の反対側の箇所の右側部分に第２のアンテナ素子３を設けた例である。
また、本実施の形態では、セルラ無線部６は８００ＭＨｚ帯の通信を行う無線部であり、それに伴い第１のアンテナ素子２の共振周波数も８００ＭＨｚ帯であったが、それに限るものではなく、セルラ無線部６が複数の周波数帯の通信をすることも想定しており、それに伴い第１のアンテナ素子２も複数の共振周波数を有することを想定している。

本発明は、端末本体を金属製の机などの金属板上に置いた場合のアンテナ利得低下を低コストで抑制することができ、実装面積を有効利用するといった効果を有し、携帯電話機やＰＨＳ等の無線通信端末への適用が可能である。

本発明の一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上記実施の形態に係る無線通信端末の無線システム部のトラップ回路の具体的構成例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末のアンテナ接地部のリアクタンス部の具体的構成例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図本発明の上記実施の形態に係る無線通信端末における第２のアンテナ素子の他の配置例を示す図２つのアンテナ素子を有する従来の無線通信端末の外観を示す斜視図無給電素子を有する従来の無線通信端末の外観と金属板を示す斜視図

符号の説明

１無線通信端末
２第１のアンテナ素子
３第２のアンテナ素子
４、５給電部
６セルラ無線部
７無線システム部
８アンテナ接地部
９制御部
１０回路基板
１１表示部
１２入力部
７１アプリ１無線部
７２アプリ２無線部
７３、７４整合回路
７５切り替え部
７６、８１帯域制限部
８２リアクタンス部

Claims

複数の通信周波数にて無線通信を行う無線通信端末において、
前記無線通信端末の内部に配置された回路基板と、
第１のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子に接続し通信電力を給電する前記回路基板上の第１の給電部と、
前記第１のアンテナ素子とは異なる周波数にて通信を行う第２のアンテナ素子と、
前記第２のアンテナ素子に接続し通信電力を給電する前記回路基板上の第２の給電部と、
前記第２の給電部に接続され通信を行う無線システム部と、
前記第２の給電部に接続され前記第２のアンテナ素子を所定のインピーダンスを有する素子を介して前記回路基板に接続するアンテナ接地部と、を備え、前記無線通信端末を金属板上に配置した際には、前記第２のアンテナ素子を前記第１のアンテナ素子の無給電素子として使用することが可能な無線通信端末。
前記無線システム部は前記第１のアンテナ素子が通信に使用する第１の周波数を遮断し、前記第２のアンテナ素子が通信に使用する第２の周波数を通過する帯域制限部を備える請求項１に記載の無線通信端末。
前記アンテナ接地部は前記第１のアンテナ素子が通信に使用する第１の周波数を通過し、前記第２のアンテナ素子が通信に使用する第２の周波数を遮断する帯域制限部を備える請求項１又は請求項２に記載の無線通信端末。
前記所定のインピーダンスを有する素子は、リアクタンス素子である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線通信端末。
前記回路基板の一方の面に配置された表示部を備え、
前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記表示部とは逆側の面側に配設された請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線通信端末。
前記回路基板の一方の面に配置された表示部を備え、
前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記表示部とは同じ面側に配設された請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線通信端末。
前記回路基板の一方の面に配置された入力部を備え、
前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記入力部とは逆側の面側に配設された請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線通信端末。
前記回路基板の一方の面に配置された入力部を備え、
前記第２のアンテナ素子は前記回路基板の前記入力部とは同じ面側に配設された請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線通信端末。