携帯無線機
【課題】アンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、低コスト化及び小型化を図ることができる携帯無線機を提供する。
【解決手段】拡張素子４と、拡張素子４の一部である密着部分４１と密着させて設け、回路基板３のグランドに接続した拡張素子補強用の金属板５とを有し、拡張素子４の非密着部分４２を、金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作させるようにした。これにより、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【解決手段】拡張素子４と、拡張素子４の一部である密着部分４１と密着させて設け、回路基板３のグランドに接続した拡張素子補強用の金属板５とを有し、拡張素子４の非密着部分４２を、金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作させるようにした。これにより、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やスマートフォン等の携帯無線機に関し、特にストレート構造やスライド構造の携帯無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される携帯無線機に使用される周波数は、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数から複数の使用周波数帯域を備えるものが多くなっており、今後さらに高い周波数に移行する傾向にある。携帯無線機自体は携帯性、操作性の利便性向上のため小型化が進む中、複数の周波数帯域にて通信を可能とするためには携帯無線機内に小型であり、複数の周波数帯域にて高利得なマルチバンドなアンテナが必要となる。
【０００３】
携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機やスマートフォンに代表されるストレート構造の携帯無線機におけるアンテナの配置位置は、一般的にＳＡＲ（比吸収率、Specific Absorption Rate）及び実装体積の観点から筐体の下端側が好ましい。しかし、下端側は携帯無線機の形状によりマルチバンドのアンテナを構成し難く、また使用形態に関わらず最も手で保持し易い位置であるため、手保持時のアンテナ性能の確保が課題となる。
【０００４】
従来、携帯無線機におけるマルチバンド化技術並びに手保持性能確保として、特許文献１で開示されたものがある。この特許文献１で開示された携帯無線端末は、アンテナ素子の開放端と無給電素子の開放端との距離を近接させて容量結合させるとともに、アンテナ素子と無給電素子と回路基板とでループ上に空間を囲むように、アンテナ素子と無給電素子を配置するように構成した。
【０００５】
なお、今後の移動体通信システムの動向として、より快適な通信環境を実現するために、周波数帯の拡張又は追加、更には新規アンテナの追加など、広帯域なアンテナが必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０３３７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１で開示された携帯無線端末においては、無給電素子を設けることから、特定周波数帯のアンテナ電流を制御し、放射パターンを変化させることでアンテナ性能を改善させる。また無給電素子を設けることでアンテナ素子に集中的に分布するアンテナ電流を分散させることができ、手保持時のアンテナ性能の劣化を抑えることができるものの、新たにアンテナ素子の近傍に専用の無給電素子を小型無線機の筐体内部に追加するため、その分コストが嵩むとともに、小型化を阻害するといった課題がある。
【０００８】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、低コスト化及び小型化を図ることができる携帯無線機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様において携帯無線機は、筐体と、前記筐体内に設けられた回路基板と、前記筐体内に設けられた拡張素子と、前記筐体内に前記拡張素子の一部と密着させて設けられ、前記回路基板のグランドと接続された前記拡張素子を補強するための金属板と、前記筐体内の下端部に前記金属板から離隔させて設けられたアンテナ素子と、を備え、前記拡張素子は、前記金属板と密着する密着部分と前記金属板から突出した非密着部分で構成され、前記拡張素子の非密着部分が、前記金属板と前記アンテナ素子の間の空間で地線として動作することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、金属板と回路基板のグランドは接続されているため、金属板はグランドと同電位であり、更に筐体内に設けられた拡張素子の金属板と一部密着する箇所の電位は、拡張素子と金属板とが密着していることから、両者は電磁結合しており、回路基板のグランドの電位に近づく。したがって、拡張素子の金属板との非密着部分はグランドに近い電位を持ち、金属板とアンテナ素子の間の空間で地線として動作することが可能となる。上記拡張素子の非密着部分は無線機が使用するマルチバンドな周波数帯域に対し、アンテナ素子自体の共振周波数帯域では満足しない場合に、アンテナ素子自体とは別の上記拡張素子の非密着部分を地線として使用し、地線の設計周波数をアンテナ素子自体の共振周波数とは別の周波数帯で共振させることで、地線を使用しない場合と比べ広帯域化及びマルチバンドな無線機を実現することが可能となる。また、携帯無線機使用時の人体手保持状態においては、アンテナ素子の給電部付近を手で覆う場合、アンテナ素子自体のインピーダンス変動に伴いアンテナ性能が劣化するのに対し、拡張素子の非密着部分を地線として使用し、アンテナ素子自体の共振周波数帯域とは別の周波数帯で共振を調整し、人体手保持時にて地線が使用周波数帯に共振するように調整することで手保持時のアンテナ性能劣化を軽減することが可能となる。このため、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、また、地線を直接グランドに接続させずに、マルチバンドでアンテナを構成し、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様において、前記回路基板と前記アンテナ素子の間に前記金属板を配置し、前記アンテナ素子を機能させる給電用グランドを前記金属板に設けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、操作キーを押すときの荷重による筐体内部の構成物の破損を阻止するため、操作キーを有するフレキシブル基板に密着させて補強板金を配置させる必要があり、操作キーを有するフレキシブル基板と補強板金の距離が縮まり、フレキシブル基板の電位を補強板金のグランド電位に近づけることで、フレキシブル基板の一部分を地線として動作させることができる。よって、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、また、既存の構造物を利用して、直接グランドに接続させない地線を構成することが可能となり、マルチバンドでアンテナを構成し、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様において、前記拡張素子は、補強用の前記金属板がある面に密着して配置する操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の操作キー部から離隔し前記金属板と筐体下端部に配置する前記アンテナ素子の間に配置する箇所で電気的に接続されたマイク又はスピーカを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、操作キー部の制御用信号と共用化することが可能であり、且つ操作キー部から離れた位置でマイク又はスピーカを金属板と筐体下端部に配置するアンテナ素子との間に配置することで、マイク又はスピーカを地線の一部として動作させることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続されたバイブレータを含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、拡張素子の金属板との非密着部分を金属板とアンテナ素子の間の空間で地線として動作させると共にバイブレータを地線の一部として動作させることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続された前記回路基板とは別の機能（マイク機能又はレシーバ機能）を有する第２の回路基板を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、操作キーを有するフレキシブル基板の一部と第２の回路基板を地線として動作させるので、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、マルチバンドでアンテナを構成し、手保持時のアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、専用の無給電素子が不要となるため、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の構成を模式化した図
【図２】図１の携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）は拡張素子側から見た図
【図３】図１の携帯無線機における拡張素子と金属板との間の厚み方向の距離と、拡張素子とアンテナ素子との間の距離の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）はフレキシブル基板側から見た図
【図５】図４の携帯無線機の下端部を拡大した図
【図６】図４の携帯無線機において、バイブレータを用いた場合の下端部を拡大した図
【図７】図４の携帯無線機において、アンテナ素子とフレキシブル基板との間の距離と、アンテナ素子と第２の回路基板との間の距離の一例を示す図
【図８】図４の携帯無線機において、第２の延設部の折返し部分と第２の回路基板の先端との間の距離と、第２の延設部の折返し部分とバイブレータの先端との間の距離の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の構成を模式化した図である。同図において、本実施の形態に係る携帯無線機１は、スマートフォンと呼ばれるストレート構造の携帯無線機であり、筐体２と、回路基板３と、拡張素子４と、金属板５と、アンテナ素子６と、ＲＦケーブル７と、給電部８と、を備える。回路基板３のグランドはバネ等の接続部品により接点１０を持ち、金属板５と接続している。図２は、本実施の形態に係る携帯無線機１の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板５側から見た図、（ｂ）は拡張素子４側から見た図である。なお、図２の（ａ）に示すように、アンテナ素子６と給電部８との間に整合回路９が設けられている。
【００２４】
筐体２は、長方形状に形成されており、その内部に上述した回路基板３、拡張素子４、金属板５、アンテナ素子６、ＲＦケーブル７、給電部８及び整合回路９が設けられる。回路基板３にはＲＦ回路３１が実装されており、このＲＦ回路３１からＲＦケーブル７，給電部８を介してアンテナ素子６に電力が供給される。拡張素子４は、ＦＰＣ（フレキシブル基板）のような、導体と該導体の周囲を覆う絶縁体とで構成されたものである。拡張素子４は、図に示すように、長方形状に形成され、金属板５と密着する密着部分４１と、密着部分４１の一端からアンテナ素子６の近傍まで延びるＬ字状の非密着部分４２とから構成される。
【００２５】
アンテナ素子６はＦＰＣや基板などのアンテナ基板上に構成され、整合回路やＲＦケーブルコネクタがアンテナ基板上に配置されている。アンテナ素子６はアンテナ素子として使用する場合、グランドを必要とする。このアンテナ基板のグランドはバネ等の接点１１で補強用である金属板５と電気的に接続することで金属板５をグランドとする必要がある。
前述したように回路基板３と金属板５は接点１０にて同電位のグランドになっており、アンテナ基板のグランドは接点１１にて金属板５と接続しているため、アンテナ基板も同様に回路基板３と同電位のグランドとなっている。
上記構成から、拡張素子４の電位は金属板５と密着していることから、密着部分４１に関しては金属板５と容量結合し、高周波的に金属板５のグランドの電位に近づく。よって、非密着部分４２は地線として動作する。
【００２６】
金属板５は、拡張素子４を補強するものであり、拡張素子４の密着部分４１と密着させて設けられ、回路基板３のグランドに接点１０を介して接続されている。そのため金属板５は回路基板３のグランドと同電位である。また、グランドと同電位である金属板５と拡張素子４とは密着部分４１で密着しており、導体と周囲を絶縁体で構成されているため、互いに電磁結合することで拡張素子４の電位は密着部分４１の面積を広く取ることで金属板５のグランド電位に限りなく近づく。アンテナ素子６は、筐体２内の下端部に金属板５から離隔させて設けられる。アンテナ素子６と金属板５との間の距離をとることで、アンテナ性能を確保することができる。また、拡張素子４の金属板５との密着部分４１がグランド電位に限りなく近づくため、拡張素子の非密着部分４２はグランドと同等電位の密着部分より所望周波数帯域にて地線長を調整するのと同等の効果が可能となるため、マルチバンドでアンテナを構成し、手保持時のアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、専用の無給電素子が不要となるため、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００２７】
図３は、拡張素子４と金属板５との間の厚み方向の距離と、拡張素子４とアンテナ素子６との間の距離の一例を示す図である。拡張素子４の密着部分４１は金属板５と電磁結合しやすい位置に配置する。例えば金属板５と０．１ｍｍ程度の厚みを持つ粘着性テープにて固定されることで金属板５との位置を近接させ、一定とすることが望ましく、また、金属板５の面と平行な面を持ち、金属板５の面と平行となる面積が広いほど望ましい。なお、拡張素子４の非密着部分４２は金属板５と平面で重ならない箇所を設け、金属板５と筐体長手方向で離隔するほど望ましい。例えば、約１０ｍｍ程度距離を離すことでアンテナ電流への悪影響及びアンテナ素子自体からの放射を妨害しない。また、拡張素子４の非密着部４２とアンテナ素子６との空間的な距離は離れている程、望ましく、互いの放射を妨害しない。例えば、約２.５ｍｍ程度の距離を離している。
【００２８】
また、携帯無線機１の使用上にて通話時等の通信状態では筐体を手で保持する必要がある。この場合にはアンテナ素子６の給電部付近に人体が近接するためアンテナ素子６のインピーダンスが変動する。この場合、アンテナ素子自体の共振周波数が人体の近接により低周波側にシフトすることで反射損失が生じる。通常人体近接によるアンテナ性能の劣化量はアンテナ素子と人体との距離にてほぼ決まり、人体劣化量を軽減するためにはアンテナ素子と人体との距離を稼ぐために筐体自体の体積を増やす必要がある。
ただし、拡張素子４の非密着部分４２を地線として利用し、人体手持ち時に変動するインピーダンスを加味して、手保持でのインピーダンス変動時にて地線の共振を使用周波数帯に調整することでアンテナ素子のみの構成よりも人体手保持時のアンテナ性能劣化を軽減することが可能である。
【００２９】
このように本実施の形態の携帯無線機１によれば、拡張素子４と、拡張素子４の一部である密着部分４１と密着させて設け、回路基板３のグランドに接続した拡張素子補強用の金属板５とを有し、拡張素子４の非密着部分４２を、金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作させるようにしたので、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においても専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）はフレキシブル基板側から見た図である。なお、同図において前述した図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図４において、本実施の形態に係る携帯無線機１５は、実施の形態１に係る携帯無線機１の拡張素子４を具体化した拡張素子２０を備えるものである。本実施の形態に係る携帯無線機１５の拡張素子２０は、図４の（ｂ）に示すように、操作キーを有する正方形状のフレキシブル基板２０１と、このフレキシブル基板２０１に接続される第２の回路基板２０２とを有する。
【００３１】
フレキシブル基板２０１には、その上端右側部分と下端右側部分のそれぞれに帯状の第１，第２の延設部２０１ａ，２０１ｂが形成されている。フレキシブル基板２０１の上端右側部分の第１の延設部２０１ａの先端部分にはコネクタ２１が、下端右側部分の第２の延設部２０１ｂの先端部分にはコネクタ２２が、それぞれ接続されている。コネクタ２１は回路基板３に接続され、コネクタ２２は第２の回路基板２０２に接続される。フレキシブル基板２０１は、金属板５との接触面積を大きくとるために、金属板５と略同程度の大きさに形成されている。フレキシブル基板２０１と２つのコネクタ２１，２２にはそれぞれグランド接続用の配線が含まれており、この配線によって回路基板３のグランドと第２の回路基板２０２のグランドとが接続される。
【００３２】
なお、スライド端末など、操作キーの個数が多いほど、金属板５と操作キーを有するフレキシブル基板２０１の両者の面積を大きくする必要があり、面積が大きくなるほど、容量結合量が増え、フレキシブル基板２０１と金属板５の電位は等しくなり、拡張素子は地線として機能しやすくなる。
【００３３】
また、フレキシブル基板２０１は携帯無線機の薄型化、小型化を考慮すると、極力薄く、また、回路基板３との接続幅は細いことが望まれるため、フレキシブル基板自体のグランドはとても弱く、フレキシブル基板単独では地線として動作しない。
通常、キー操作用のフレキシブル基板は密着部分４１のグランドの割合は７割、配線の割合は３割程度であり、金属板５と密着し、高周波的に電磁結合することでフレキシブル基板のグランドが強くなる。また、非密着部分４２のグランドの割合は５割程度であり、配線の割合は５割程度となる。グランドは主に配線の周囲を覆うようにレイアウトされるため、非密着部分の外周が地線として動作する。
【００３４】
図５は、本実施の形態に係る携帯無線機１５の下端部を拡大した図である。同図に示すように、フレキシブル基板２０１の第２の延設部２０１ｂがコネクタ２２によって第２の回路基板２０２に接続されている。また、第２の回路基板２０２にはマイク２０２１が実装されている。フレキシブル基板２０１の第２の延設部２０１ｂと第２の回路基板２０２が金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作する。
【００３５】
このように本実施の形態に係る携帯無線機１５によれば、操作キーを有するフレキシブル基板２０１の一部である第２の延設部２０１ｂと第２の回路基板２０２を地線として動作させるので、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る携帯無線機１５において、第２の回路基板２０２は、マイク２０２１を有するものであったが、スピーカ又はバイブレータを有するものであってもよい。図６は、バイブレータを用いた場合の携帯無線機１５の下端部を拡大した図である。同図に示すように、第２の回路基板２０２にはバイブレータ２０２２が接続されている。バイブレータ２０２２はコイン型のバイブレータであり、信号線が２本必要となる。１本は電源用の信号線であり、もう１本はグランド用の信号線である。３Ｖ程度の電圧で使用されるため、信号線はΦ＝1５ｍｍ程度のワイヤーで構成される。信号線はワイヤーからバイブレータ内部の基板にて動作し、内部の基板はグランドを強化するために周囲を覆う金属と同電位となっている。このため、フレキシブル基板のグランドとバイブレータの外壁がワイヤーを介し同電位となる。よって、このバイブレータ２０２２も地線の一部として動作させることができる。なお、バイブレータ２０２２と同様に外壁が金属で構成されるスピーカ等も同様の原理にて地線として動作させることができる。
【００３７】
また、図７は、本実施の形態に係る携帯無線機１５における、アンテ素子６とフレキシブル基板２０１との間の距離と、アンテナ素子６と第２の回路基板２０２との間の距離の一例を示す図である。第２の回路基板２０２は通常フレキシブル基板と同様に配線の割合５割、グランドの割合５割程度で構成され、厚みが１．０ｍｍ程度である。フレキシブル基板２０１のグランドと図６の第２の延設部２０１ｂにてコネクタ等で電気的に接続することで基板のグランドをフレキシブル基板のグランド同等電位にすることができるため、第２の回路基板２０２も地線の一部として動作させることができる。アンテ素子６とフレキシブル基板２０１との間の距離を約２．５ｍｍ、アンテナ素子６と第２の回路基板２０２との間の距離を約１．０ｍｍに設定するとよい。
【００３８】
また、図８は、本実施の形態に係る携帯無線機１５における、第２の延設部２０１ｂの折返し部分と第２の回路基板２０２の先端との間の距離と、第２の延設部２０１ｂの折返し部分とバイブレータ２０２２の先端との間の距離の一例を示す図である。第２の延設部２０１ｂの折返し部分と第２の回路基板２０２の先端との間の距離を約１８ｍｍ、第２の延設部２０１ｂの折返し部分とバイブレータ２０２２の先端との間の距離を約３０ｍｍに設定するとよい。バイブレータ２０２２が第２の回路基板２０２の先端から突出するようにバイブレータ２０２２を第２の回路基板２０２に接続することで、アンテナ素子６と対向する部分が拡大し、アンテナ性能の更なる向上が可能となる。
【００３９】
上記実施の形態１，２に係る携帯無線機１，１５は、それぞれスマートフォンと呼ばれるストレート構造の携帯無線機であったが、本発明はストレート構造の携帯無線機以外に、携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機にも勿論適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、低コスト化及び小型化を図ることができるといった効果を有し、携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機やスマートフォンに代表されるストレート構造の携帯無線機などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１５ 携帯無線機
２ 筐体
３ 回路基板
４，２０ 拡張素子
５ 金属板
６ アンテナ素子
７ ＲＦケーブル
８ 給電部
９ 整合回路
１０，１１ 接点
２１，２２ コネクタ
３１ ＲＦ回路
４１ 密着部分
４２ 非密着部分
２０１ フレキシブル基板
２０１ａ 第１の延設部
２０１ｂ 第２の延設部
２０２ 第２の回路基板
２０２１ マイク
２０２２ バイブレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やスマートフォン等の携帯無線機に関し、特にストレート構造やスライド構造の携帯無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される携帯無線機に使用される周波数は、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数から複数の使用周波数帯域を備えるものが多くなっており、今後さらに高い周波数に移行する傾向にある。携帯無線機自体は携帯性、操作性の利便性向上のため小型化が進む中、複数の周波数帯域にて通信を可能とするためには携帯無線機内に小型であり、複数の周波数帯域にて高利得なマルチバンドなアンテナが必要となる。
【０００３】
携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機やスマートフォンに代表されるストレート構造の携帯無線機におけるアンテナの配置位置は、一般的にＳＡＲ（比吸収率、Specific Absorption Rate）及び実装体積の観点から筐体の下端側が好ましい。しかし、下端側は携帯無線機の形状によりマルチバンドのアンテナを構成し難く、また使用形態に関わらず最も手で保持し易い位置であるため、手保持時のアンテナ性能の確保が課題となる。
【０００４】
従来、携帯無線機におけるマルチバンド化技術並びに手保持性能確保として、特許文献１で開示されたものがある。この特許文献１で開示された携帯無線端末は、アンテナ素子の開放端と無給電素子の開放端との距離を近接させて容量結合させるとともに、アンテナ素子と無給電素子と回路基板とでループ上に空間を囲むように、アンテナ素子と無給電素子を配置するように構成した。
【０００５】
なお、今後の移動体通信システムの動向として、より快適な通信環境を実現するために、周波数帯の拡張又は追加、更には新規アンテナの追加など、広帯域なアンテナが必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０３３７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１で開示された携帯無線端末においては、無給電素子を設けることから、特定周波数帯のアンテナ電流を制御し、放射パターンを変化させることでアンテナ性能を改善させる。また無給電素子を設けることでアンテナ素子に集中的に分布するアンテナ電流を分散させることができ、手保持時のアンテナ性能の劣化を抑えることができるものの、新たにアンテナ素子の近傍に専用の無給電素子を小型無線機の筐体内部に追加するため、その分コストが嵩むとともに、小型化を阻害するといった課題がある。
【０００８】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、低コスト化及び小型化を図ることができる携帯無線機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様において携帯無線機は、筐体と、前記筐体内に設けられた回路基板と、前記筐体内に設けられた拡張素子と、前記筐体内に前記拡張素子の一部と密着させて設けられ、前記回路基板のグランドと接続された前記拡張素子を補強するための金属板と、前記筐体内の下端部に前記金属板から離隔させて設けられたアンテナ素子と、を備え、前記拡張素子は、前記金属板と密着する密着部分と前記金属板から突出した非密着部分で構成され、前記拡張素子の非密着部分が、前記金属板と前記アンテナ素子の間の空間で地線として動作することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、金属板と回路基板のグランドは接続されているため、金属板はグランドと同電位であり、更に筐体内に設けられた拡張素子の金属板と一部密着する箇所の電位は、拡張素子と金属板とが密着していることから、両者は電磁結合しており、回路基板のグランドの電位に近づく。したがって、拡張素子の金属板との非密着部分はグランドに近い電位を持ち、金属板とアンテナ素子の間の空間で地線として動作することが可能となる。上記拡張素子の非密着部分は無線機が使用するマルチバンドな周波数帯域に対し、アンテナ素子自体の共振周波数帯域では満足しない場合に、アンテナ素子自体とは別の上記拡張素子の非密着部分を地線として使用し、地線の設計周波数をアンテナ素子自体の共振周波数とは別の周波数帯で共振させることで、地線を使用しない場合と比べ広帯域化及びマルチバンドな無線機を実現することが可能となる。また、携帯無線機使用時の人体手保持状態においては、アンテナ素子の給電部付近を手で覆う場合、アンテナ素子自体のインピーダンス変動に伴いアンテナ性能が劣化するのに対し、拡張素子の非密着部分を地線として使用し、アンテナ素子自体の共振周波数帯域とは別の周波数帯で共振を調整し、人体手保持時にて地線が使用周波数帯に共振するように調整することで手保持時のアンテナ性能劣化を軽減することが可能となる。このため、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、また、地線を直接グランドに接続させずに、マルチバンドでアンテナを構成し、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様において、前記回路基板と前記アンテナ素子の間に前記金属板を配置し、前記アンテナ素子を機能させる給電用グランドを前記金属板に設けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、操作キーを押すときの荷重による筐体内部の構成物の破損を阻止するため、操作キーを有するフレキシブル基板に密着させて補強板金を配置させる必要があり、操作キーを有するフレキシブル基板と補強板金の距離が縮まり、フレキシブル基板の電位を補強板金のグランド電位に近づけることで、フレキシブル基板の一部分を地線として動作させることができる。よって、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、また、既存の構造物を利用して、直接グランドに接続させない地線を構成することが可能となり、マルチバンドでアンテナを構成し、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様において、前記拡張素子は、補強用の前記金属板がある面に密着して配置する操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の操作キー部から離隔し前記金属板と筐体下端部に配置する前記アンテナ素子の間に配置する箇所で電気的に接続されたマイク又はスピーカを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、操作キー部の制御用信号と共用化することが可能であり、且つ操作キー部から離れた位置でマイク又はスピーカを金属板と筐体下端部に配置するアンテナ素子との間に配置することで、マイク又はスピーカを地線の一部として動作させることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続されたバイブレータを含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、拡張素子の金属板との非密着部分を金属板とアンテナ素子の間の空間で地線として動作させると共にバイブレータを地線の一部として動作させることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様において、前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続された前記回路基板とは別の機能（マイク機能又はレシーバ機能）を有する第２の回路基板を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、操作キーを有するフレキシブル基板の一部と第２の回路基板を地線として動作させるので、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、マルチバンドでアンテナを構成し、手保持時のアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、専用の無給電素子が不要となるため、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の構成を模式化した図
【図２】図１の携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）は拡張素子側から見た図
【図３】図１の携帯無線機における拡張素子と金属板との間の厚み方向の距離と、拡張素子とアンテナ素子との間の距離の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）はフレキシブル基板側から見た図
【図５】図４の携帯無線機の下端部を拡大した図
【図６】図４の携帯無線機において、バイブレータを用いた場合の下端部を拡大した図
【図７】図４の携帯無線機において、アンテナ素子とフレキシブル基板との間の距離と、アンテナ素子と第２の回路基板との間の距離の一例を示す図
【図８】図４の携帯無線機において、第２の延設部の折返し部分と第２の回路基板の先端との間の距離と、第２の延設部の折返し部分とバイブレータの先端との間の距離の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る携帯無線機の構成を模式化した図である。同図において、本実施の形態に係る携帯無線機１は、スマートフォンと呼ばれるストレート構造の携帯無線機であり、筐体２と、回路基板３と、拡張素子４と、金属板５と、アンテナ素子６と、ＲＦケーブル７と、給電部８と、を備える。回路基板３のグランドはバネ等の接続部品により接点１０を持ち、金属板５と接続している。図２は、本実施の形態に係る携帯無線機１の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板５側から見た図、（ｂ）は拡張素子４側から見た図である。なお、図２の（ａ）に示すように、アンテナ素子６と給電部８との間に整合回路９が設けられている。
【００２４】
筐体２は、長方形状に形成されており、その内部に上述した回路基板３、拡張素子４、金属板５、アンテナ素子６、ＲＦケーブル７、給電部８及び整合回路９が設けられる。回路基板３にはＲＦ回路３１が実装されており、このＲＦ回路３１からＲＦケーブル７，給電部８を介してアンテナ素子６に電力が供給される。拡張素子４は、ＦＰＣ（フレキシブル基板）のような、導体と該導体の周囲を覆う絶縁体とで構成されたものである。拡張素子４は、図に示すように、長方形状に形成され、金属板５と密着する密着部分４１と、密着部分４１の一端からアンテナ素子６の近傍まで延びるＬ字状の非密着部分４２とから構成される。
【００２５】
アンテナ素子６はＦＰＣや基板などのアンテナ基板上に構成され、整合回路やＲＦケーブルコネクタがアンテナ基板上に配置されている。アンテナ素子６はアンテナ素子として使用する場合、グランドを必要とする。このアンテナ基板のグランドはバネ等の接点１１で補強用である金属板５と電気的に接続することで金属板５をグランドとする必要がある。
前述したように回路基板３と金属板５は接点１０にて同電位のグランドになっており、アンテナ基板のグランドは接点１１にて金属板５と接続しているため、アンテナ基板も同様に回路基板３と同電位のグランドとなっている。
上記構成から、拡張素子４の電位は金属板５と密着していることから、密着部分４１に関しては金属板５と容量結合し、高周波的に金属板５のグランドの電位に近づく。よって、非密着部分４２は地線として動作する。
【００２６】
金属板５は、拡張素子４を補強するものであり、拡張素子４の密着部分４１と密着させて設けられ、回路基板３のグランドに接点１０を介して接続されている。そのため金属板５は回路基板３のグランドと同電位である。また、グランドと同電位である金属板５と拡張素子４とは密着部分４１で密着しており、導体と周囲を絶縁体で構成されているため、互いに電磁結合することで拡張素子４の電位は密着部分４１の面積を広く取ることで金属板５のグランド電位に限りなく近づく。アンテナ素子６は、筐体２内の下端部に金属板５から離隔させて設けられる。アンテナ素子６と金属板５との間の距離をとることで、アンテナ性能を確保することができる。また、拡張素子４の金属板５との密着部分４１がグランド電位に限りなく近づくため、拡張素子の非密着部分４２はグランドと同等電位の密着部分より所望周波数帯域にて地線長を調整するのと同等の効果が可能となるため、マルチバンドでアンテナを構成し、手保持時のアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、専用の無給電素子が不要となるため、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００２７】
図３は、拡張素子４と金属板５との間の厚み方向の距離と、拡張素子４とアンテナ素子６との間の距離の一例を示す図である。拡張素子４の密着部分４１は金属板５と電磁結合しやすい位置に配置する。例えば金属板５と０．１ｍｍ程度の厚みを持つ粘着性テープにて固定されることで金属板５との位置を近接させ、一定とすることが望ましく、また、金属板５の面と平行な面を持ち、金属板５の面と平行となる面積が広いほど望ましい。なお、拡張素子４の非密着部分４２は金属板５と平面で重ならない箇所を設け、金属板５と筐体長手方向で離隔するほど望ましい。例えば、約１０ｍｍ程度距離を離すことでアンテナ電流への悪影響及びアンテナ素子自体からの放射を妨害しない。また、拡張素子４の非密着部４２とアンテナ素子６との空間的な距離は離れている程、望ましく、互いの放射を妨害しない。例えば、約２.５ｍｍ程度の距離を離している。
【００２８】
また、携帯無線機１の使用上にて通話時等の通信状態では筐体を手で保持する必要がある。この場合にはアンテナ素子６の給電部付近に人体が近接するためアンテナ素子６のインピーダンスが変動する。この場合、アンテナ素子自体の共振周波数が人体の近接により低周波側にシフトすることで反射損失が生じる。通常人体近接によるアンテナ性能の劣化量はアンテナ素子と人体との距離にてほぼ決まり、人体劣化量を軽減するためにはアンテナ素子と人体との距離を稼ぐために筐体自体の体積を増やす必要がある。
ただし、拡張素子４の非密着部分４２を地線として利用し、人体手持ち時に変動するインピーダンスを加味して、手保持でのインピーダンス変動時にて地線の共振を使用周波数帯に調整することでアンテナ素子のみの構成よりも人体手保持時のアンテナ性能劣化を軽減することが可能である。
【００２９】
このように本実施の形態の携帯無線機１によれば、拡張素子４と、拡張素子４の一部である密着部分４１と密着させて設け、回路基板３のグランドに接続した拡張素子補強用の金属板５とを有し、拡張素子４の非密着部分４２を、金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作させるようにしたので、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においても専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る携帯無線機の構成を模式化した斜視図であり、（ａ）は金属板側から見た図、（ｂ）はフレキシブル基板側から見た図である。なお、同図において前述した図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図４において、本実施の形態に係る携帯無線機１５は、実施の形態１に係る携帯無線機１の拡張素子４を具体化した拡張素子２０を備えるものである。本実施の形態に係る携帯無線機１５の拡張素子２０は、図４の（ｂ）に示すように、操作キーを有する正方形状のフレキシブル基板２０１と、このフレキシブル基板２０１に接続される第２の回路基板２０２とを有する。
【００３１】
フレキシブル基板２０１には、その上端右側部分と下端右側部分のそれぞれに帯状の第１，第２の延設部２０１ａ，２０１ｂが形成されている。フレキシブル基板２０１の上端右側部分の第１の延設部２０１ａの先端部分にはコネクタ２１が、下端右側部分の第２の延設部２０１ｂの先端部分にはコネクタ２２が、それぞれ接続されている。コネクタ２１は回路基板３に接続され、コネクタ２２は第２の回路基板２０２に接続される。フレキシブル基板２０１は、金属板５との接触面積を大きくとるために、金属板５と略同程度の大きさに形成されている。フレキシブル基板２０１と２つのコネクタ２１，２２にはそれぞれグランド接続用の配線が含まれており、この配線によって回路基板３のグランドと第２の回路基板２０２のグランドとが接続される。
【００３２】
なお、スライド端末など、操作キーの個数が多いほど、金属板５と操作キーを有するフレキシブル基板２０１の両者の面積を大きくする必要があり、面積が大きくなるほど、容量結合量が増え、フレキシブル基板２０１と金属板５の電位は等しくなり、拡張素子は地線として機能しやすくなる。
【００３３】
また、フレキシブル基板２０１は携帯無線機の薄型化、小型化を考慮すると、極力薄く、また、回路基板３との接続幅は細いことが望まれるため、フレキシブル基板自体のグランドはとても弱く、フレキシブル基板単独では地線として動作しない。
通常、キー操作用のフレキシブル基板は密着部分４１のグランドの割合は７割、配線の割合は３割程度であり、金属板５と密着し、高周波的に電磁結合することでフレキシブル基板のグランドが強くなる。また、非密着部分４２のグランドの割合は５割程度であり、配線の割合は５割程度となる。グランドは主に配線の周囲を覆うようにレイアウトされるため、非密着部分の外周が地線として動作する。
【００３４】
図５は、本実施の形態に係る携帯無線機１５の下端部を拡大した図である。同図に示すように、フレキシブル基板２０１の第２の延設部２０１ｂがコネクタ２２によって第２の回路基板２０２に接続されている。また、第２の回路基板２０２にはマイク２０２１が実装されている。フレキシブル基板２０１の第２の延設部２０１ｂと第２の回路基板２０２が金属板５とアンテナ素子６の間の空間で地線として動作する。
【００３５】
このように本実施の形態に係る携帯無線機１５によれば、操作キーを有するフレキシブル基板２０１の一部である第２の延設部２０１ｂと第２の回路基板２０２を地線として動作させるので、アンテナ性能劣化を抑えるための専用の無給電素子が不要となり、低コスト化及び小型化を図ることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る携帯無線機１５において、第２の回路基板２０２は、マイク２０２１を有するものであったが、スピーカ又はバイブレータを有するものであってもよい。図６は、バイブレータを用いた場合の携帯無線機１５の下端部を拡大した図である。同図に示すように、第２の回路基板２０２にはバイブレータ２０２２が接続されている。バイブレータ２０２２はコイン型のバイブレータであり、信号線が２本必要となる。１本は電源用の信号線であり、もう１本はグランド用の信号線である。３Ｖ程度の電圧で使用されるため、信号線はΦ＝1５ｍｍ程度のワイヤーで構成される。信号線はワイヤーからバイブレータ内部の基板にて動作し、内部の基板はグランドを強化するために周囲を覆う金属と同電位となっている。このため、フレキシブル基板のグランドとバイブレータの外壁がワイヤーを介し同電位となる。よって、このバイブレータ２０２２も地線の一部として動作させることができる。なお、バイブレータ２０２２と同様に外壁が金属で構成されるスピーカ等も同様の原理にて地線として動作させることができる。
【００３７】
また、図７は、本実施の形態に係る携帯無線機１５における、アンテ素子６とフレキシブル基板２０１との間の距離と、アンテナ素子６と第２の回路基板２０２との間の距離の一例を示す図である。第２の回路基板２０２は通常フレキシブル基板と同様に配線の割合５割、グランドの割合５割程度で構成され、厚みが１．０ｍｍ程度である。フレキシブル基板２０１のグランドと図６の第２の延設部２０１ｂにてコネクタ等で電気的に接続することで基板のグランドをフレキシブル基板のグランド同等電位にすることができるため、第２の回路基板２０２も地線の一部として動作させることができる。アンテ素子６とフレキシブル基板２０１との間の距離を約２．５ｍｍ、アンテナ素子６と第２の回路基板２０２との間の距離を約１．０ｍｍに設定するとよい。
【００３８】
また、図８は、本実施の形態に係る携帯無線機１５における、第２の延設部２０１ｂの折返し部分と第２の回路基板２０２の先端との間の距離と、第２の延設部２０１ｂの折返し部分とバイブレータ２０２２の先端との間の距離の一例を示す図である。第２の延設部２０１ｂの折返し部分と第２の回路基板２０２の先端との間の距離を約１８ｍｍ、第２の延設部２０１ｂの折返し部分とバイブレータ２０２２の先端との間の距離を約３０ｍｍに設定するとよい。バイブレータ２０２２が第２の回路基板２０２の先端から突出するようにバイブレータ２０２２を第２の回路基板２０２に接続することで、アンテナ素子６と対向する部分が拡大し、アンテナ性能の更なる向上が可能となる。
【００３９】
上記実施の形態１，２に係る携帯無線機１，１５は、それぞれスマートフォンと呼ばれるストレート構造の携帯無線機であったが、本発明はストレート構造の携帯無線機以外に、携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機にも勿論適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、マルチバンドでアンテナを構成し、アンテナ配置部周辺を手で保持した状態においてもアンテナ性能劣化を抑えることができるとともに、低コスト化及び小型化を図ることができるといった効果を有し、携帯電話として利用されているスライド構造の携帯無線機やスマートフォンに代表されるストレート構造の携帯無線機などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１５ 携帯無線機
２ 筐体
３ 回路基板
４，２０ 拡張素子
５ 金属板
６ アンテナ素子
７ ＲＦケーブル
８ 給電部
９ 整合回路
１０，１１ 接点
２１，２２ コネクタ
３１ ＲＦ回路
４１ 密着部分
４２ 非密着部分
２０１ フレキシブル基板
２０１ａ 第１の延設部
２０１ｂ 第２の延設部
２０２ 第２の回路基板
２０２１ マイク
２０２２ バイブレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に設けられた回路基板と、
前記筐体内に設けられた拡張素子と、
前記筐体内に前記拡張素子の一部と密着させて設けられ、前記回路基板のグランドと接続された金属板と、
前記筐体内の下端部に前記金属板から離隔させて設けられたアンテナ素子と、を備え、
前記拡張素子は、前記金属板と密着する密着部分と前記金属板から突出した非密着部分で構成され、前記拡張素子の非密着部分が、地線として動作することを特徴とする携帯無線機。
【請求項２】
前記回路基板と前記アンテナ素子の間に前記金属板を配置し、前記アンテナ素子を機能させる給電用グランドを前記金属板に設けることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項３】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項４】
前記拡張素子は、補強用の前記金属板がある面に密着して配置する操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の操作キー部から離隔し前記金属板と筐体下端部に配置する前記アンテナ素子の間に配置する箇所で電気的に接続されたマイク又はスピーカを含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項５】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続されたバイブレータを含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項６】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続された前記回路基板とは別の機能を有する第２の回路基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に設けられた回路基板と、
前記筐体内に設けられた拡張素子と、
前記筐体内に前記拡張素子の一部と密着させて設けられ、前記回路基板のグランドと接続された金属板と、
前記筐体内の下端部に前記金属板から離隔させて設けられたアンテナ素子と、を備え、
前記拡張素子は、前記金属板と密着する密着部分と前記金属板から突出した非密着部分で構成され、前記拡張素子の非密着部分が、地線として動作することを特徴とする携帯無線機。
【請求項２】
前記回路基板と前記アンテナ素子の間に前記金属板を配置し、前記アンテナ素子を機能させる給電用グランドを前記金属板に設けることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項３】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項４】
前記拡張素子は、補強用の前記金属板がある面に密着して配置する操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の操作キー部から離隔し前記金属板と筐体下端部に配置する前記アンテナ素子の間に配置する箇所で電気的に接続されたマイク又はスピーカを含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項５】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続されたバイブレータを含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項６】
前記拡張素子は、操作キーを有するフレキシブル基板と、該フレキシブル基板に接続された前記回路基板とは別の機能を有する第２の回路基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０６３１８（Ｐ２０１３−１０６３１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１０３１（Ｐ２０１１−２５１０３１）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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