JPWO2006082860A1 - 携帯無線機 - Google Patents

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昭孝 竹内
斎藤　裕
裕 斎藤
恒太 青木
恒太 青木
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Abstract

折畳式携帯無線機の内蔵アンテナにおいて、局所平均ＳＡＲを低減するとともにアンテナ性能を向上させる携帯無線機を提供する。筐体１，２の開閉を筐体開閉検出手段６で検出し、筐体１，２が開いた状態では第１アンテナ４と無線回路２４を接続し、第２アンテナ５の共振を第１周波数帯に調整し、筐体１，２が閉じた状態では、第２アンテナ５の共振を第１周波数帯と第２周波数帯に調整して無線回路２４に接続する。これにより、筐体１，２が開いた状態ではアンテナ電流を分散することにより局所平均ＳＡＲを低減することができると共に、筐体１，２を閉じた状態では高いアンテナ利得を得ることができる。

Description

本発明は、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機において局所平均ＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅｓ：比吸収率）を低減できるとともに高いアンテナ利得を有する携帯無線機に関するものである。
携帯電話機の普及は著しいものがあり、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機が現在広く普及している。折畳式携帯電話機は、一般に開いた状態と閉じた状態の２つの状態を有し、開いて使用する状態（開状態）では閲覧する表示画面を大型化できるといった利便性と、閉じて使用する状態（閉状態）ではコンパクトな形状にすることができるという携帯容易性の２つの利点を有している。
さらに、近年、局所平均ＳＡＲに関する利用者の関心が高まっており、携帯電話機を選択する指標としてより局所平均ＳＡＲが低い携帯電話機を選択する傾向がある。したがって、携帯電話機においては低い局所平均ＳＡＲであることが望ましい。従来の局所平均ＳＡＲを低く抑える技術としては、不平衡型給電アンテナにおいて給電点近傍のグランドに一端を開放した導電性金属素子を接続（接地）し、この素子を所望の周波数において共振する長さに設定する方法が知られている。さらにこの素子は、人体に近接する受話部の開口部を有する筐体面に対して反対側の筐体面に配置される。この構成により給電点からの電流が導電性金属素子に流れることとなり、人体と近接する筐体面に流れる電流を低減することができる。（例えば特許文献１参照）。
また、その他の給電点の電流を分流させる技術としては、折畳式携帯電話機において受話部面を有する上部筐体のシールドケースをアンテナ素子（アンテナ１）として用い、下部筐体のグランド基板からフレキシブルケーブルを介してアンテナ素子に給電する構造において、給電部にロッドアンテナ（アンテナ２）を接続する方法が知られている。（例えば特許文献２参照）。
従来の構成を図４ないし図５に示す。図４は筐体を開いた状態の従来の構成を示すものであり、図５は筐体を閉じた状態の従来の構成を示すものである。
図４ないし図５に示す従来例は、例えば特許文献１に示すような一端を開放した導電性金属素子を折畳式の携帯電話機１００の上部筐体１０１と下部筐体１０２を開閉自在に支持するヒンジ部１０３の近傍に配置し、筐体の開閉を検出する筐体開閉検出手段１０４ａ１０４ｂにて、筐体１０１、１０２が開いたことを検出した場合、図４に示すように、第１アンテナ１０５と接続されている第１整合回路１０６はアンテナ切替回路１０７を介して無線回路１０８に接続され、第２アンテナ１０９は切替回路１１０を介して回路基板１１１のグランドパターンに接続される。また、筐体１０１、１０２が閉じたことを検出した場合、図５に示すように、第２アンテナ１０９は切替回路１１２とアンテナ切替回路１１３を介して無線回路１０８に接続される。
このように、筐体１０１、１０２を開いた場合に、第２アンテナ１０９に第１アンテナ１０５のアンテナ電流を分流させることで局所平均ＳＡＲを低減させる効果を有するものである。なお、第２アンテナ１０９と整合回路１０６の共振は筐体１０１、１０２の開閉によらず送信周波数と受信周波数に一定となっている。
特開２００２−３５３７１９号公報 特開２００２−３３５１８０号公報
しかしながら、上記説明した従来の局所平均ＳＡＲを低減する技術においては、筐体内部に導電性金属素子を追加する必要があり、筐体内部の金属部品との電磁結合によって、局所平均ＳＡＲの低減効果が少ないという問題があった。
また、上記説明した従来の給電点の電流を分流させる技術においては、ロッドアンテナを筐体外部へ突出させる必要があり内蔵化が困難であり、また通話状態に対して放射特性を最適化できず高いアンテナ利得が得られないという問題があった。
また、折畳式の携帯電話機においてはヒンジ部近傍に地線を配置し、筐体を開いた場合はヒンジ部近傍に一端を開放した導電性金属素子をグランドに接続する従来のアンテナでは、ヒンジ部近傍に一端を開放した導電性金属素子の共振は送信周波数に最適となっておらず、局所平均ＳＡＲの低減効果が少ないという問題があった。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、特に折畳式携帯無線機の内蔵アンテナにおいて、局所平均ＳＡＲを低減するとともにアンテナ性能を向上させる携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第１の筐体と第２の筐体とをヒンジ部により回動自在に連結した携帯無線機であって、前記第１の筐体は、第１アンテナ素子を有し、前記第２の筐体は、第２アンテナ素子と、グランドパターンを有する回路基板と、前記第２アンテナ素子の端部に設けられる第２給電部とを有し、前記ヒンジ部は、導電性の金属で構成された第１ヒンジ部および第２ヒンジ部と、前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部とを電気的に接続すると共に回動可能に支持する連結部とを有し、前記第１ヒンジ部は、前記第１の筐体に設けられて前記第１アンテナ素子の前記ヒンジ部側の端部に電気的に接続され、前記第２ヒンジ部は、前記第２の筐体に設けられて前記回路基板上のグランドパターンと所定の間隔を隔てて配置されると共に第１給電部が設けられており、前記第１アンテナ素子か前記第２アンテナ素子かのいずれか一方を選択して無線回路に接続するアンテナ切替回路と、前記第２アンテナ素子に選択的に接続される共振回路および整合回路と、前記第２給電部を前記共振回路か前記整合回路かのいずれかを選択して接続する切替回路と、前記第１の筐体と第２の筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段とを備え、前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第１アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記共振回路を選択し、前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第２アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記整合回路を選択して前記整合回路を介して給電されるように制御する構成を有している。
この構成により、第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、アンテナ切替回路は第１アンテナ素子を選択するので第１アンテナ素子が無線回路に接続され、かつ切替回路は共振回路を選択するので第２アンテナは共振回路に接続される。また、第１の筐体と第２の筐体が閉じている場合には、アンテナ切替回路は第２アンテナ素子を選択するので第２アンテナ素子が無線回路に接続され、かつ切替回路は整合回路を選択して整合回路を介して給電される。これにより、筐体内蔵アンテナにおいて、アンテナ電流を分散することができ、局所平均ＳＡＲを低減できるとともに高いアンテナ利得が得られる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記共振回路が接続された前記第２アンテナ素子が第１周波帯に共振するように前記共振回路を設定し、前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記第２アンテナ素子が前記第１周波帯と第２周波数帯の両方で共振するよう前記整合回路を設定する構成を有している。
ここで、例えば第１の周波数帯とは送信周波数に対応し、また、第２の周波数帯は受信周波数に対応する。
この構成により、第１の筐体と第２の筐体が開いている場合には、共振回路が接続された第２アンテナ素子が第１周波帯（送信周波数）に共振するように共振回路を設定されるので、第１アンテナ素子に流れている送信帯のアンテナ電流は第２アンテナ素子に分散して流れると共にアンテナ電流を人体から離れるようにするので、局所平均ＳＡＲを低減することができる。また、第１の筐体と第２の筐体が閉じている場合には、第２アンテナ素子が第１周波帯（送信周波数）と第２周波数帯（受信周波数）の両方で共振するよう整合回路を設定するので、送信周波数および受信周波数において高いアンテナ性能を確保することができる。
本発明は、第１の筐体と第２の筐体が開いた状態では第１アンテナ素子と無線回路を接続すると共に第２アンテナ素子を共振回路に接続し、筐体を閉じた状態では第２アンテナ素子と無線回路を接続するので、筐体が開いた状態ではアンテナ電流を分散することができるとともに局所平均ＳＡＲを低減でき、筐体が閉じた状態では高いアンテナ利得を得ることができるという効果を有する携帯無線機を提供することができるものである。
第１実施形態の携帯無線機を示す基本的構成図であり筐体を開いた状態である。 第１実施形態の携帯無線機を示す基本的構成図であり筐体を閉じた状態である。 使用者が携帯無線機を手で保持する通話状態を示す図である。 （Ａ）は従来の携帯無線機を開いた状態を示す側面図、（Ｂ）は従来の携帯無線機を開いた状態を示す平面図である。 （Ａ）は従来の携帯無線機を閉じた状態を示す側面図、（Ｂ）は従来の携帯無線機を閉じた状態を示す平面図である。
符号の説明
１ 上部筐体（第１の筐体）
２ 下部筐体（第２の筐体）
３ ヒンジ部
４ 第１アンテナ（第１アンテナ素子）
５ 第２アンテナ
６ 筐体開閉検出手段
７ 金属フレーム
８ 第１給電金具（第１給電部）
９ 回路基板
１０ ヒンジ金具（第１ヒンジ部）
１１ 取付ネジ
１２ 円柱導体（連結部）
１３ 回転軸（第２ヒンジ部）
１４ 支持軸
１５ 第１整合回路
１６ 第２アンテナ素子
１７ 第２給電金具（第２給電部）
１８ 第２整合回路（整合回路）
１９ 共振回路
２０ アンテナ切替回路
２１ 切替回路
２２ 永久磁石
２３ ホール素子
２４ 無線回路
以下、本発明に係る携帯無線機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態の携帯無線機で筐体を開いた状態を示す構成図、図２は本発明に係る第１実施形態の携帯無線機で筐体を閉じた状態を示す構成図、図３は使用者が携帯無線機を手で保持する通話状態を示す図であり、使用者が携帯無線機を開いた状態で右手に持ち、右耳にあてている状態である。
図１および図２に示すように、この第１実施形態に係る携帯無線機は、第１の筐体である上部筐体１と第２の筐体である下部筐体２とをヒンジ部３により回動自在に連結したものである。上部筐体１には第１アンテナ素子である第１アンテナ４の一部である金属フレーム７が設けられており、下部筐体２は第２アンテナ素子１６と、グランドパターンを有する回路基板９と、第２アンテナ素子１６の端部に設けられる第２給電部である第２給電金具１７とを有している。
ヒンジ部３は、導電性の金属で構成された第１ヒンジ部としてのヒンジ金具１０および第２ヒンジ部としての回転軸１３と、ヒンジ金具１０と回転軸１３とを電気的に接続すると共に回動可能に支持する連結部としての円柱導体１２とを有している。円柱導体１２は、上部筐体１に設けられて金属フレーム７のヒンジ部３側の端部に電気的に接続されている。また、回転軸１３は、下部筐体２に設けられて回路基板９上のグランドパターンと所定の間隔を隔てて配置されると共に第１給電部としての第１給電金具８が設けられている。
また、第１アンテナ素子としての第１アンテナ４か第２アンテナ素子１６かのいずれか一方を選択して無線回路２４に接続するアンテナ切替回路２０と、第２アンテナ素子１６に選択的に接続される共振回路１９および整合回路としての第２整合回路１８と、第２給電金具１７を共振回路１９か第２整合回路１８かのいずれかを選択して接続する切替回路２１と、上部筐体１と下部筐体２の開閉状態を検出する開閉検出手段６としての永久磁石２２およびホール素子２３とを備えている。
そして、上部筐体１と下部筐体２が開いている場合には、図１に示すように、アンテナ切替回路２０は第１アンテナ４を選択すると共に切替回路２１は共振回路１９を選択する。一方、上部筐体１と下部筐体２が閉じている場合には、図２に示すように、アンテナ切替回路２０は第２アンテナ素子１６を選択すると共に切替回路２１は第２整合回路１８を選択し、第２整合回路１８を介して給電される。
第１アンテナ４の構成についてさらに説明する。図１に示すように、上部筐体１の＋Ｘ側の面、すなわち一般に表示部が配置される面には、金属フレーム７が装着されている。
金属フレーム７としては、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えばマグネシウム合金を用いることができる。これにより、薄型形状である上部筐体１の強度を確保するとともに金属フレーム７が第１アンテナ素子としても動作するようになっている。
金属フレーム７の長辺の長さＬ１は、例えば９０ｍｍ程度である。金属フレーム７とヒンジ金具１０とが、取り付けネジ１１で上部筐体１に取り付けられることにより、金属フレーム７とヒンジ金具１０とが電気的に接続されるとともに、上部筐体１とヒンジ金具１０とが機械的に固定されることになる。
図１に示すように、ヒンジ部３に用いられている円柱導体１２は導電性材料によって円柱状に形成されたものであり、この円柱導体１２とヒンジ金具１０とは機械的かつ電気的に接続されている。さらに円柱導体１２と回転軸１３も機械的かつ電気的に接続されている。回転軸１３は例えばベアリング構造等を介して第１給電金具８によって回動可能に支持されており、かつ回転軸１３と第１給電金具８は電気的な導通が確保されている。一方、支持軸１４は樹脂材料による成型品で構成されており、この支持軸１４によって円柱導体１２の左端が下部筐体２に回動可能に支持されている。
以上のようにヒンジ部３が構成されることで、上部筐体１と下部筐体２とが相対的に回動可能なように支持されるともに、金属フレーム７から第１給電金具８までが電気的に導通されることなる。また、例えば長さＬ１が９０ｍｍ程度の金属フレーム７がヒンジ部３を介して第１整合回路１５から給電されることになり、第１アンテナ４は長さＬ３が９０ｍｍ程度の回路基板９と長さＬ２が１１０ｍｍ程度のヒンジ部３及び金属フレーム７とが一種のダイポールアンテナとして動作することになる。第１給電金具８は、下部筐体２の内部に配置された回路基板９上の第１整合回路１５に例えばバネ接触や半田付けにより接続することができる。
第１整合回路１５は第１アンテナ４のインピーダンスを無線回路２４の入力インピーダンス（一般には５０Ω）に整合する機能を有するものであり、アンテナ切替回路２０に接続されている。回路基板９は、携帯無線機の各種機能を実現する回路部品が実装されたプリント基板であり、そのほぼ全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示省略）が形成されている。
次に第２アンテナ５の構成について説明する。
第２アンテナ素子１６は、下部筐体２の第１アンテナ４の給電点近傍となる位置すなわちＺ方向側に配置され、また、図３に示すような通話状態において人体と極力離れた位置である人体反対側となる面すなわち−Ｘ面に配置され、一端を第２給電金具１７と例えばバネ接触や半田付けにより接続され、他端は開放されている。第２給電金具１７は下部筐体２の内部に配置された回路基板９上の切替回路２１と接続したパターンに例えばバネ接触や半田付けにより接続される。
第２整合回路１８は、第２アンテナ５のインピーダンスを無線回路２４の入力インピーダンス（一般には５０Ω）に整合する機能を果たすものであって、第２アンテナ５を接続した状態で第１の周波数である送信帯域と第２の周波数である受信帯域に共振を調整されており、一端はアンテナ切替回路２０に接続され、他端は切替回路２１に接続される。
共振回路１９は、第２アンテナ５と接続した状態の共振周波数を変化する機能を果たすものであって、送信帯域に共振を調整されており一端をアンテナ切替回路２０、他端は回路基板９のグラントパターンに接続されている。
アンテナ切替回路２０は、第１アンテナ４か第２アンテナ５かのいずれか一方を選択して無線回路２４に接続し、ＧａＡｓスイッチなどで構成され筐体開閉検出手段６である永久磁石２２およびホール素子２３の検出結果によって切換え制御を行う。
切替回路２１は、筐体開閉検出手段６の検出結果により第２給電金具１７を共振回路１９か第２整合回路１８かのいずれかを選択して接続し、望ましくはピンダイオードで構成される。
上部筐体１と下部筐体２の開閉状態を検出する筐体開閉検出手段６は、回路基板９に配置したホール素子２３と金属フレーム７の一部を切り欠いて配置した永久磁石２２で構成され、筐体１、２を閉じた場合にそれぞれが対向するよう配置されており、永久磁石２２から生じる磁界をホール素子２３によって検出しアンテナ切替回路２０及び切替回路２１に通知するものである。
無線回路２４は携帯無線機の送信及び受信機能を有するものであり回路基板９上に実装されており、その送受信入出力がアンテナ切替回路２０に接続される。
以上のように構成された折畳式携帯無線機について、動作の説明をする。
筐体開閉検出手段６は、筐体１，２を開いた状態と筐体１，２を閉じた状態で永久磁石２２とホール素子２３の距離が異なることを利用し、ホール素子２３で検出される磁界差によって筐体の開閉を検出する。
まず、筐体開閉検出手段６において筐体１，２が開いたことを検出した場合について図１を用いて説明する。第１アンテナ４と接続されている第１整合回路１５はアンテナ切替回路２０を介して無線回路２４に接続される。第２アンテナ５は切替回路２１を介して共振回路１９に接続される。このとき第２アンテナ５と共振回路１９の共振は送信周波数となる。よって、第１アンテナ４に流れている送信帯のアンテナ電流は第２アンテナ５に分散し流れる。
一般的に、電流分布と前記記載の局所平均ＳＡＲは対応関係にあり、アンテナ電流の最大点が１箇所に集中し、その最大点が人体近傍に存在すると局所平均ＳＡＲは高くなることが知られている。このようなアンテナ電流分布を２箇所以上に分散させ、さらにアンテナ電流の最大点を人体から離れるようにすれば局所平均ＳＡＲを低減できる。
また、第２アンテナ５の共振周波数を送信帯に調整することで、アンテナ電流の最大点が人体と離れている第２アンテナ５に励起するアンテナ電流をさらに増加させることで、アンテナ電流の最大点が人体と比較的近接している第１アンテナ４に励起するアンテナ電流を減少させることができ局所平均ＳＡＲを低減できる。
次に筐体開閉検出手段６において筐体１，２が閉じたことを検出した場合について、図２を用いて説明する。第２アンテナ５は切替回路２１を介して第２整合回路１８に接続される。第２整合回路１８はアンテナ切替回路２０を介して無線回路２４に接続される。このとき第２アンテナ５と共振回路１９の共振は送信周波数と受信周波数となる。よって、送信周波数と受信周波数において高いアンテナ性能を確保できる。
以上のように本発明の実施の形態の携帯無線機によれば、筐体１，２が開いている場合には、アンテナ切替回路２０は第１アンテナ４を選択するので第１アンテナ４が無線回路２４に接続され、かつ切替回路２１は共振回路を選択するので第２アンテナ５は共振回路１９に接続される。また、筐体１，２が閉じている場合には、アンテナ切替回路２０は第２アンテナ５を選択するので第２アンテナ５が無線回路２４に接続され、かつ切替回路２１は第２整合回路１８を選択して第２整合回路１８を介して給電される。これにより、筐体内蔵アンテナにおいて、アンテナ電流を分散することができ、局所平均ＳＡＲを低減できるとともに高いアンテナ利得が得られる。
なお、第１給電金具８と金属フレーム７とが容量結合するように配置してもよく、この場合はヒンジ金具１０と円柱導体１２との材料にこだわらず、例えば樹脂材料であってもよい。
なお、第２アンテナ５は給電素子の形状や配置位置にこだわらず、アンテナ電流を人体背面方向に分流させるものであればよい。
また、共振回路１９は回路基板９のグランドパターンとの接続を、第１アンテナ４の給電点ないしは第１整合回路１５と接続するか容量結合としてアンテナ電流を第２アンテナ５に分流させてもよい。
さらに、共振回路１９と第２整合回路１８は、一部の回路を共用して用いてもよく、また共用した場合においては可変容量ダイオードを用いて共振周波数を制御してもよい。
本出願は、２００５年２月１日出願の日本特許出願（特願２００５−０２５００７）に基づくものであり、それらの内容はここに参照として取り込まれる。
以上に述べたように、本発明に係る携帯無線機は、筐体が閉じた状態ではアンテナ電流を分散することができるとともに局所平均ＳＡＲを低減でき、筐体が開いた状態では高いアンテナ利得を得ることができるという効果を有し、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機において局所平均ＳＡＲ（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒａｔｅｓ：比吸収率）を低減できるとともに高いアンテナ利得を有する携帯無線機等として有用である。
本発明は、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機において局所平均ＳＡＲ(Specific Absorption Rates:比吸収率)を低減できるとともに高いアンテナ利得を有する携帯無線機に関するものである。
携帯電話機の普及は著しいものがあり、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機が現在広く普及している。折畳式携帯電話機は、一般に開いた状態と閉じた状態の２つの状態を有し、開いて使用する状態(開状態)では閲覧する表示画面を大型化できるといった利便性と、閉じて使用する状態(閉状態)ではコンパクトな形状にすることができるという携帯容易性の２つの利点を有している。
さらに、近年、局所平均ＳＡＲに関する利用者の関心が高まっており、携帯電話機を選択する指標としてより局所平均ＳＡＲが低い携帯電話機を選択する傾向がある。したがって、携帯電話機においては低い局所平均ＳＡＲであることが望ましい。従来の局所平均ＳＡＲを低く抑える技術としては、不平衡型給電アンテナにおいて給電点近傍のグランドに一端を開放した導電性金属素子を接続(接地)し、この素子を所望の周波数において共振する長さに設定する方法が知られている。さらにこの素子は、人体に近接する受話部の開口部を有する筐体面に対して反対側の筐体面に配置される。この構成により給電点からの電流が導電性金属素子に流れることとなり、人体と近接する筐体面に流れる電流を低減することができる。(例えば特許文献１参照)。
また、その他の給電点の電流を分流させる技術としては、折畳式携帯電話機において受話部面を有する上部筐体のシールドケースをアンテナ素子(アンテナ１)として用い、下部筐体のグランド基板からフレキシブルケーブルを介してアンテナ素子に給電する構造において、給電部にロッドアンテナ(アンテナ２)を接続する方法が知られている。(例えば特許文献２参照)。
従来の構成を図４ないし図５に示す。図４は筐体を開いた状態の従来の構成を示すものであり、図５は筐体を閉じた状態の従来の構成を示すものである。
図４ないし図５に示す従来例は、例えば特許文献１に示すような一端を開放した導電性金属素子を折畳式の携帯電話機１００の上部筐体１０１と下部筐体１０２を開閉自在に支持するヒンジ部１０３の近傍に配置し、筐体の開閉を検出する筐体開閉検出手段１０４ａ１０４ｂにて、筐体１０１、１０２が開いたことを検出した場合、図４に示すように、第１アンテナ１０５と接続されている第１整合回路１０６はアンテナ切替回路１０７を介して無線回路１０８に接続され、第２アンテナ１０９は切替回路１１０を介して回路基板１１１のグランドパターンに接続される。また、筐体１０１、１０２が閉じたことを検出した場合、図５に示すように、第２アンテナ１０９は切替回路１１２とアンテナ切替回路１１３を介して無線回路１０８に接続される。
このように、筐体１０１、１０２を開いた場合に、第２アンテナ１０９に第１アンテナ１０５のアンテナ電流を分流させることで局所平均ＳＡＲを低減させる効果を有するものである。なお、第２アンテナ１０９と整合回路１０６の共振は筐体１０１、１０２の開閉によらず送信周波数と受信周波数に一定となっている。
特開２００２-３５３７１９号公報 特開２００２-３３５１８０号公報
しかしながら、上記説明した従来の局所平均ＳＡＲを低減する技術においては、筐体内部に導電性金属素子を追加する必要があり、筐体内部の金属部品との電磁結合によって、局所平均ＳＡＲの低減効果が少ないという問題があった。
また、上記説明した従来の給電点の電流を分流させる技術においては、ロッドアンテナを筐体外部へ突出させる必要があり内蔵化が困難であり、また通話状態に対して放射特性を最適化できず高いアンテナ利得が得られないという問題があった。
また、折畳式の携帯電話機においてはヒンジ部近傍に地線を配置し、筐体を開いた場合はヒンジ部近傍に一端を開放した導電性金属素子をグランドに接続する従来のアンテナでは、ヒンジ部近傍に一端を開放した導電性金属素子の共振は送信周波数に最適となっておらず、局所平均ＳＡＲの低減効果が少ないという問題があった。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、特に折畳式携帯無線機の内蔵アンテナにおいて、局所平均ＳＡＲを低減するとともにアンテナ性能を向上させる携帯無線機を提供することを目的とする。
本発明の携帯無線機は、第１の筐体と第２の筐体とをヒンジ部により回動自在に連結した携帯無線機であって、前記第１の筐体は、第１アンテナ素子を有し、前記第２の筐体は、第２アンテナ素子と、グランドパターンを有する回路基板と、前記第２アンテナ素子の端部に設けられる第２給電部とを有し、前記ヒンジ部は、導電性の金属で構成された第１ヒンジ部および第２ヒンジ部と、前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部とを電気的に接続すると共に回動可能に支持する連結部とを有し、前記第１ヒンジ部は、前記第１の筐体に設けられて前記第１アンテナ素子の前記ヒンジ部側の端部に電気的に接続され、前記第２ヒンジ部は、前記第２の筐体に設けられて前記回路基板上のグランドパターンと所定の間隔を隔てて配置されると共に第１給電部が設けられており、前記第１アンテナ素子か前記第２アンテナ素子かのいずれか一方を選択して無線回路に接続するアンテナ切替回路と、前記第２アンテナ素子に選択的に接続される共振回路および整合回路と、前記第２給電部を前記共振回路か前記整合回路かのいずれかを選択して接続する切替回路と、前記第１の筐体と第２の筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段とを備え、前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第１アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記共振回路を選択し、前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第２アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記整合回路を選択して前記整合回路を介して給電されるように制御する構成を有している。
この構成により、第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、アンテナ切替回路は第１アンテナ素子を選択するので第１アンテナ素子が無線回路に接続され、かつ切替回路は共振回路を選択するので第２アンテナは共振回路に接続される。また、第１の筐体と第２の筐体が閉じている場合には、アンテナ切替回路は第２アンテナ素子を選択するので第２アンテナ素子が無線回路に接続され、かつ切替回路は整合回路を選択して整合回路を介して給電される。これにより、筐体内蔵アンテナにおいて、アンテナ電流を分散することができ、局所平均ＳＡＲを低減できるとともに高いアンテナ利得が得られる。
また、本発明の携帯無線機は、前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記共振回路が接続された前記第２アンテナ素子が第１周波帯に共振するように前記共振回路を設定し、前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記第２アンテナ素子が前記第１周波帯と第２周波数帯の両方で共振するよう前記整合回路を設定する構成を有している。
ここで、例えば第１の周波数帯とは送信周波数に対応し、また、第２の周波数帯は受信周波数に対応する。
この構成により、第１の筐体と第２の筐体が開いている場合には、共振回路が接続された第２アンテナ素子が第１周波帯（送信周波数）に共振するように共振回路を設定されるので、第１アンテナ素子に流れている送信帯のアンテナ電流は第２アンテナ素子に分散して流れると共にアンテナ電流を人体から離れるようにするので、局所平均ＳＡＲを低減することができる。また、第１の筐体と第２の筐体が閉じている場合には、第２アンテナ素子が第１周波帯（送信周波数）と第２周波数帯（受信周波数）の両方で共振するよう整合回路を設定するので、送信周波数および受信周波数において高いアンテナ性能を確保することができる。
本発明は、第１の筐体と第２の筐体が開いた状態では第１アンテナ素子と無線回路を接続すると共に第２アンテナ素子を共振回路に接続し、筐体を閉じた状態では第２アンテナ素子と無線回路を接続するので、筐体が開いた状態ではアンテナ電流を分散することができるとともに局所平均ＳＡＲを低減でき、筐体が閉じた状態では高いアンテナ利得を得ることができるという効果を有する携帯無線機を提供することができるものである。
以下、本発明に係る携帯無線機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第１実施形態)
図１は本発明に係る第１実施形態の携帯無線機で筐体を開いた状態を示す構成図、図２は本発明に係る第１実施形態の携帯無線機で筐体を閉じた状態を示す構成図、図３は使用者が携帯無線機を手で保持する通話状態を示す図であり、使用者が携帯無線機を開いた状態で右手に持ち、右耳にあてている状態である。
図１および図２に示すように、この第１実施形態に係る携帯無線機は、第１の筐体である上部筐体１と第２の筐体である下部筐体２とをヒンジ部３により回動自在に連結したものである。上部筐体１には第１アンテナ素子である第１アンテナ４の一部である金属フレーム７が設けられており、下部筐体２は第２アンテナ素子１６と、グランドパターンを有する回路基板９と、第２アンテナ素子１６の端部に設けられる第２給電部である第２給電金具１７とを有している。
ヒンジ部３は、導電性の金属で構成された第１ヒンジ部としてのヒンジ金具１０および第２ヒンジ部としての回転軸１３と、ヒンジ金具１０と回転軸１３とを電気的に接続すると共に回動可能に支持する連結部としての円柱導体１２とを有している。円柱導体１２は、上部筐体１に設けられて金属フレーム７のヒンジ部３側の端部に電気的に接続されている。また、回転軸１３は、下部筐体２に設けられて回路基板９上のグランドパターンと所定の間隔を隔てて配置されると共に第１給電部としての第１給電金具８が設けられている。
また、第１アンテナ素子としての第１アンテナ４か第２アンテナ素子１６かのいずれか一方を選択して無線回路２４に接続するアンテナ切替回路２０と、第２アンテナ素子１６に選択的に接続される共振回路１９および整合回路としての第２整合回路１８と、第２給電金具１７を共振回路１９か第２整合回路１８かのいずれかを選択して接続する切替回路２１と、上部筐体１と下部筐体２の開閉状態を検出する開閉検出手段６としての永久磁石２２およびホール素子２３とを備えている。
そして、上部筐体１と下部筐体２が開いている場合には、図１に示すように、アンテナ切替回路２０は第１アンテナ４を選択すると共に切替回路２１は共振回路１９を選択する。一方、上部筐体１と下部筐体２が閉じている場合には、図２に示すように、アンテナ切替回路２０は第２アンテナ素子１６を選択すると共に切替回路２１は第２整合回路１８を選択し、第２整合回路１８を介して給電される。
第１アンテナ４の構成についてさらに説明する。図１に示すように、上部筐体１の＋Ｘ側の面、すなわち一般に表示部が配置される面には、金属フレーム７が装着されている。
金属フレーム７としては、高い導電性を有し、かつ軽量で強度が高い金属、例えばマグネシウム合金を用いることができる。これにより、薄型形状である上部筐体１の強度を確保するとともに金属フレーム７が第１アンテナ素子としても動作するようになっている。
金属フレーム７の長辺の長さＬ１は、例えば９０ｍｍ程度である。金属フレーム７とヒンジ金具１０とが、取り付けネジ１１で上部筐体１に取り付けられることにより、金属フレーム７とヒンジ金具１０とが電気的に接続されるとともに、上部筐体１とヒンジ金具１０とが機械的に固定されることになる。
図１に示すように、ヒンジ部３に用いられている円柱導体１２は導電性材料によって円柱状に形成されたものであり、この円柱導体１２とヒンジ金具１０とは機械的かつ電気的に接続されている。さらに円柱導体１２と回転軸１３も機械的かつ電気的に接続されている。回転軸１３は例えばベアリング構造等を介して第１給電金具８によって回動可能に支持されており、かつ回転軸１３と第１給電金具８は電気的な導通が確保されている。一方、支持軸１４は樹脂材料による成型品で構成されており、この支持軸１４によって円柱導体１２の左端が下部筐体２に回動可能に支持されている。
以上のようにヒンジ部３が構成されることで、上部筐体１と下部筐体２とが相対的に回動可能なように支持されるともに、金属フレーム７から第１給電金具８までが電気的に導通されることなる。また、例えば長さＬ１が９０ｍｍ程度の金属フレーム７がヒンジ部３を介して第１整合回路１５から給電されることになり、第１アンテナ４は長さＬ３が９０ｍｍ程度の回路基板９と長さＬ２が１１０ｍｍ程度のヒンジ部３及び金属フレーム７とが一種のダイポールアンテナとして動作することになる。第１給電金具８は、下部筐体２の内部に配置された回路基板９上の第１整合回路１５に例えばバネ接触や半田付けにより接続することができる。
第１整合回路１５は第１アンテナ４のインピーダンスを無線回路２４の入カインピーダンス(一般には５０Ω)に整合する機能を有するものであり、アンテナ切替回路２０に接続されている。回路基板９は、携帯無線機の各種機能を実現する回路部品が実装されたプリント基板であり、そのほぼ全面に回路の接地電位となるグランドパターン（図示省略）が形成されている。
次に第２アンテナ５の構成について説明する。
第２アンテナ素子１６は、下部筐体２の第１アンテナ４の給電点近傍となる位置すなわちＺ方向側に配置され、また、図３に示すような通話状態において人体と極力離れた位置である人体反対側となる面すなわち−Ｘ面に配置され、一端を第２給電金具１７と例えばバネ接触や半田付けにより接続され、他端は開放されている。第２給電金具１７は下部筐体２の内部に配置された回路基板９上の切替回路２１と接続したパターンに例えばバネ接触や半田付けにより接続される。
第２整合回路１８は、第２アンテナ５のインピーダンスを無線回路２４の入力インピーダンス(一般には５０Ω)に整合する機能を果たすものであって、第２アンテナ５を接続した状態で第１の周波数である送信帯域と第２の周波数である受信帯域に共振を調整されており、一端はアンテナ切替回路２０に接続され、他端は切替回路２１に接続される。
共振回路１９は、第２アンテナ５と接続した状態の共振周波数を変化する機能を果たすものであって、送信帯域に共振を調整されており一端をアンテナ切替回路２０、他端は回路基板９のグラントパターンに接続されている。
アンテナ切替回路２０は、第１アンテナ４か第２アンテナ５かのいずれか一方を選択して無線回路２４に接続し、ＧａＡｓスイッチなどで構成され筐体開閉検出手段６である永久磁石２２およびホール素子２３の検出結果によって切換え制御を行う。
切替回路２１は、筐体開閉検出手段６の検出結果により第２給電金具１７を共振回路１９か第２整合回路１８かのいずれかを選択して接続し、望ましくはピンダイオードで構成される。
上部筐体１と下部筐体２の開閉状態を検出する筐体開閉検出手段６は、回路基板９に配置したホール素子２３と金属フレーム７の一部を切り欠いて配置した永久磁石２２で構成され、筐体１、２を閉じた場合にそれぞれが対向するよう配置されており、永久磁石２２から生じる磁界をホール素子２３によって検出しアンテナ切替回路２０及び切替回路２１に通知するものである。
無線回路２４は携帯無線機の送信及び受信機能を有するものであり回路基板９上に実装されており、その送受信入出力がアンテナ切替回路２０に接続される。
以上のように構成された折畳式携帯無線機について、動作の説明をする。
筐体開閉検出手段６は、筐体１，２を開いた状態と筐体１，２を閉じた状態で永久磁石２２とホール素子２３の距離が異なることを利用し、ホール素子２３で検出される磁界差によって筐体の開閉を検出する。
まず、筐体開閉検出手段６において筐体１，２が開いたことを検出した場合について図１を用いて説明する。第１アンテナ４と接続されている第１整合回路１５はアンテナ切替回路２０を介して無線回路２４に接続される。第２アンテナ５は切替回路２１を介して共振回路１９に接続される。このとき第２アンテナ５と共振回路１９の共振は送信周波数となる。よって、第１アンテナ４に流れている送信帯のアンテナ電流は第２アンテナ５に分散し流れる。
一般的に、電流分布と前記記載の局所平均ＳＡＲは対応関係にあり、アンテナ電流の最大点が１箇所に集中し、その最大点が人体近傍に存在すると局所平均ＳＡＲは高くなることが知られている。このようなアンテナ電流分布を２箇所以上に分散させ、さらにアンテナ電流の最大点を人体から離れるようにすれば局所平均ＳＡＲを低減できる。
また、第２アンテナ５の共振周波数を送信帯に調整することで、アンテナ電流の最大点が人体と離れている第２アンテナ５に励起するアンテナ電流をさらに増加させることで、アンテナ電流の最大点が人体と比較的近接している第１アンテナ４に励起するアンテナ電流を減少させることができ局所平均ＳＡＲを低減できる。
次に筐体開閉検出手段６において筐体１，２が閉じたことを検出した場合について、図２を用いて説明する。第２アンテナ５は切替回路２１を介して第２整合回路１８に接続される。第２整合回路１８はアンテナ切替回路２０を介して無線回路２４に接続される。このとき第２アンテナ５と共振回路１９の共振は送信周波数と受信周波数となる。よって、送信周波数と受信周波数において高いアンテナ性能を確保できる。
以上のように本発明の実施の形態の携帯無線機によれば、筐体１，２が開いている場合には、アンテナ切替回路２０は第１アンテナ４を選択するので第１アンテナ４が無線回路２４に接続され、かつ切替回路２１は共振回路を選択するので第２アンテナ５は共振回路１９に接続される。また、筐体１，２が閉じている場合には、アンテナ切替回路２０は第２アンテナ５を選択するので第２アンテナ５が無線回路２４に接続され、かつ切替回路２１は第２整合回路１８を選択して第２整合回路１８を介して給電される。これにより、筐体内蔵アンテナにおいて、アンテナ電流を分散することができ、局所平均ＳＡＲを低減できるとともに高いアンテナ利得が得られる。
なお、第１給電金具８と金属フレーム７とが容量結合するように配置してもよく、この場合はヒンジ金具１０と円柱導体１２との材料にこだわらず、例えば樹脂材料であってもよい。
なお、第２アンテナ５は給電素子の形状や配置位置にこだわらず、アンテナ電流を人体背面方向に分流させるものであればよい。
また、共振回路１９は回路基板９のグランドパターンとの接続を、第１アンテナ４の給電点ないしは第１整合回路１５と接続するか容量結合としてアンテナ電流を第２アンテナ５に分流させてもよい。
さらに、共振回路１９と第２整合回路１８は、一部の回路を共用して用いてもよく、また共用した場合においては可変容量ダイオードを用いて共振周波数を制御してもよい。
本出願は、２００５年２月１日出願の日本特許出願（特願2005-025007）に基づくものであり、それらの内容はここに参照として取り込まれる。
以上に述べたように、本発明に係る携帯無線機は、筐体が閉じた状態ではアンテナ電流を分散することができるとともに局所平均ＳＡＲを低減でき、筐体が開いた状態では高いアンテナ利得を得ることができるという効果を有し、上部筐体と下部筐体をヒンジ部で連結して開閉自在な機構を有する折畳式携帯電話機において局所平均ＳＡＲ(Specific Absorption Rates:比吸収率)を低減できるとともに高いアンテナ利得を有する携帯無線機等として有用である。
第１実施形態の携帯無線機を示す基本的構成図であり筐体を開いた状態である。 第１実施形態の携帯無線機を示す基本的構成図であり筐体を閉じた状態である。 使用者が携帯無線機を手で保持する通話状態を示す図である。 （Ａ）は従来の携帯無線機を開いた状態を示す側面図、（Ｂ）は従来の携帯無線機を開いた状態を示す平面図である。 （Ａ）は従来の携帯無線機を閉じた状態を示す側面図、（Ｂ）は従来の携帯無線機を閉じた状態を示す平面図である。
符号の説明
１ 上部筐体（第１の筐体）
２ 下部筐体（第２の筐体）
３ ヒンジ部
４ 第１アンテナ（第１アンテナ素子）
５ 第２アンテナ
６ 筐体開閉検出手段
７ 金属フレーム
８ 第１給電金具（第１給電部）
９ 回路基板
１０ ヒンジ金具（第１ヒンジ部）
１１ 取付ネジ
１２ 円柱導体（連結部）
１３ 回転軸（第２ヒンジ部）
１４ 支持軸
１５ 第１整合回路
１６ 第２アンテナ素子
１７ 第２給電金具（第２給電部）
１８ 第２整合回路（整合回路）
１９ 共振回路
２０ アンテナ切替回路
２１ 切替回路
２２ 永久磁石
２３ ホール素子
２４ 無線回路

Claims (2)

  1. 第１の筐体と第２の筐体とをヒンジ部により回動自在に連結した携帯無線機であって、
    前記第１の筐体は、第１アンテナ素子を有し、
    前記第２の筐体は、第２アンテナ素子と、グランドパターンを有する回路基板と、前記第２アンテナ素子の端部に設けられる第２給電部とを有し、
    前記ヒンジ部は、導電性の金属で構成された第１ヒンジ部および第２ヒンジ部と、前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部とを電気的に接続すると共に回動可能に支持する連結部とを有し、
    前記第１ヒンジ部は、前記第１の筐体に設けられて前記第１アンテナ素子の前記ヒンジ部側の端部に電気的に接続され、
    前記第２ヒンジ部は、前記第２の筐体に設けられて前記回路基板上のグランドパターンと所定の間隔を隔てて配置されると共に第１給電部が設けられており、
    前記第１アンテナ素子か前記第２アンテナ素子かのいずれか一方を選択して無線回路に接続するアンテナ切替回路と、前記第２アンテナ素子に選択的に接続される共振回路および整合回路と、前記第２給電部を前記共振回路か前記整合回路かのいずれかを選択して接続する切替回路と、前記第１の筐体と第２の筐体の開閉状態を検出する開閉検出手段とを備え、
    前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第１アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記共振回路を選択し、
    前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記アンテナ切替回路は前記第２アンテナ素子を選択すると共に前記切替回路は前記整合回路を選択して前記整合回路を介して給電されるように制御することを特徴とする携帯無線機。
  2. 前記第１の筐体と前記第２の筐体が開いている場合には、前記共振回路が接続された前記第２アンテナ素子が第１周波帯に共振するように前記共振回路を設定し、
    前記第１の筐体と前記第２の筐体が閉じている場合には、前記第２アンテナ素子が前記第１周波帯と第２周波数帯の両方で共振するよう前記整合回路を設定することを特徴とする請求項１記載の携帯無線機。
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