JP2010287980A - アンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯無線端末のヒンジ部付近に配置したモノポールアンテナ素子をアンテナとして動作させる構成において、等価的にアンテナの動作体積を大きくでき、軽量、低コストで広帯域なアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末を提供するものである。
【解決手段】第１筐体１００３と、第２筐体１００４と、第１筐体１００３と第２筐体１００４とを回転可能に連結するヒンジ部１００１とを有する携帯無線端末１００であって、前記ヒンジ部１００１に近接して配置されたモノポールアンテナ素子１０６と、モノポールアンテナ素子１０６に給電を行う給電部と、前記ヒンジ部１００１に配置され、モノポールアンテナ素子１０６より大きい略円筒形状のリング導体１０１とを備え、リング導体１０１がモノポールアンテナ素子１０６と容量結合させた構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体を開閉可能に連結するヒンジ部を備えた携帯無線端末に関し、詳しくは、このヒンジ部を含めた筐体におけるアンテナの配置構成に関するものである。

携帯電話などの携帯無線端末は、電話機能や電子メール機能、インターネット等へのアクセス機能だけに留まらず、近距離無線通信機能、無線ＬＡＮ機能、ＧＰＳ機能、ＴＶ視聴機能、ＩＣカード決済機能などを備えるように、ますます多機能化が進んでおり、さらなる装置の小型化、高集積化が望まれている。このような多機能化に伴い、携帯無線端末に搭載されるアンテナの数は増加傾向にあるのに対し、装置の小型化を図りつつ、良好なアンテナ特性を維持するためには、アンテナの配置に際して種々の工夫が必要となる。

また、携帯電話の飛躍的な増加に伴い、通信に使用される周波数不足が問題となっており、現在の通信用セルラーアンテナは、４バンド（８００Ｍ、１．５Ｇ、１．７Ｇ、２Ｇ帯）システムへの対応が必要となっている。携帯電話の薄型化が進む中で、４バンドシステムの周波数帯に対応した複数のアンテナを小さい携帯電話に全て搭載することはできない。したがって、複数の周波数帯に対応したマルチバンド広帯域アンテナが必要となっている。

このような携帯無線端末において、例えば図１０に示すように、携帯無線端末１０００のヒンジ部１００１の軸を構成する金属回転軸１００２をアンテナとして動作させる構成が知られている。図１０において、第１筐体１００３と第２筐体１００４とを開閉可能に連結するヒンジ部１００１の軸は一般的な小径の金属回転軸１００２で構成される。第１回路基板１００５は、整合回路１００７に接続された無線回路１００８を搭載し、第１筐体１００３に設置される。第２回路基板１００６は第２筐体１００４に設置され、信号線１００９を介して第１回路基板１００５と接続される。金属回転軸１００２は、接点バネ１０１０を介して整合回路１００７に接続される。

この構成により、金属回転軸１００２をアンテナとして動作させることができるため、アンテナ専用素子を削除でき、携帯無線端末の小型化を実現できる。

また、同様の携帯無線端末において、例えば特許文献１に記載されているように、図１１では、金属回転軸１１０２が自力で回動する回転力を発生する機構を有しており、一端部を押圧すると金属回転軸１１０２が自力で回動し第１筐体１００３と第２筐体１００４とが開く構造となっているため、一般的な金属回転軸より径が大きい構成となっている。

この構成により、アンテナとして動作する金属回転軸１１０２の径が大きいため、小径の金属回転軸１００２と比較して広帯域なアンテナを実現できる。

特開２００７―８８６９２号公報（第１図）

しかしながら、図１０に示す前記従来の構成では、金属回転軸１００２をアンテナとして動作させており、金属回転軸１００２の部品としての構成が決まっているため、寸法等のアンテナ設計自由度が低いという課題があった。

また、特許文献１記載の従来構成では、上記課題に加えて、金属回転軸１１０２を構成する金属の体積が大きいため、質量が重く、高コストという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するために、ヒンジ部の軸を構成している小径の金属回転軸と回転中心が同一で金属回転軸と比較して径が大きい略円筒形状のリング導体をヒンジ部に配置し、ヒンジ部に近接して配置した給電用のモノポールアンテナ素子と容量結合させるよう構成する。これにより、ヒンジ部の内径を用いて等価的に径の大きなアンテナを構成でき、軽量、低コストで広帯域なアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末を提供するものである。

本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末は、第１筐体と、第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体とを回転可能に連結するヒンジ部と、を有する携帯無線端末であって、前記ヒンジ部に設けられ、前記ヒンジ部の回転中心を構成する金属回転軸と、前記金属回転軸の前記回転中心と略同一で、前記金属回転軸より直径が大きい略円筒形状のリング導体と、前記第１筐体に設けられ、前記リング導体と略平行なモノポールアンテナ素子と、前記モノポールアンテナ素子に給電を行う給電部と、を備え、前記金属回転軸は、互いに回動する略円筒形状または略円柱形状の第１部材と第２部材とが連結されて構成され、前記第１部材は前記第１筐体に、前記第２部材は前記第２筐体にそれぞれ機械的に固定され、前記給電部は、前記第１筐体に配置された無線回路と、前記モノポールアンテナ素子とに電気的に接続し、前記リング導体は、前記第２筐体に機械的に固定され、前記モノポールアンテナ素子と容量結合される構成を有する。この構成により、軽量、低コストで設計自由度が高い広帯域なアンテナを実現することができる。

また、本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末は、前記リング導体が第１リング導体と第２リング導体とがトラップ回路を介して接続されて構成され、前記モノポールアンテナ素子と容量結合された構成を有する。この構成により、アンテナを２共振で動作させることができ、より広帯域なアンテナ特性を実現できる。

また、本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末は、前記リング導体が、一部または全部に切り込みを入れて構成され、前記第１筐体と前記第２筐体との回動に応じて、前記リング導体と前記モノポールアンテナ素子との容量結合の大きさが変化する構成を有する。この構成により、携帯無線端末の開閉状態に応じてモノポールアンテナ素子の入力インピーダンスを調整することができ、開閉いずれの状態でも広帯域なアンテナ特性を実現できる。

また、本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末は、前記リング導体が、一部または全部に切り込みを入れて構成され、前記第１筐体と前記第２筐体との回動に応じて、前記リング導体と前記第１筐体に配置された無線回路との電気的結合の大きさが変化する構成を有する。この構成により、携帯無線端末の開閉状態に応じてモノポールアンテナ素子の放射インピーダンスを調整することができ、開閉いずれの状態でも広帯域なアンテナ特性を実現できる。

本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末によれば、軽量、低コストで設計自由度が高い広帯域なアンテナを実現することができる。

本発明の実施の形態１における携帯無線端末の正面図 本発明の実施の形態１における携帯無線端末のヒンジ部の拡大断面図 本発明の実施の形態１におけるＣリング導体の直径に対するアンテナ特性図 本発明の実施の形態２における携帯無線端末のヒンジ部の拡大正面図 本発明の実施の形態２におけるアンテナの電流分布図 本発明の実施の形態２におけるトラップ回路の周波数特性図 本発明の実施の形態３における携帯無線端末の正面図 本発明の実施の形態３における携帯無線端末のヒンジ部の拡大断面図 本発明の実施の形態３における携帯無線端末のヒンジ部の拡大正面図 従来の小径金属回転軸をアンテナとした携帯無線端末の正面図 従来の径の大きな金属回転軸をアンテナとした携帯無線端末の正面図

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における携帯無線端末の正面図、図２は、本発明の実施の形態１における携帯無線端末のヒンジ部の拡大断面図、図３は本発明の実施の形態１におけるＣリング導体の直径に対するアンテナ特性図である。図１〜図３において、図１０、図１１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１に示すように、携帯無線端末１００のヒンジ部１００１は、第１筐体１００３の端部の略円筒形状の第１樹脂部１０３及び第３樹脂部１０５に、第２筐体１００４の端部の略円筒形状の第２樹脂部１０４が回動可能に結合され、それぞれの結合部が回動部となる構造を持ち、内部にヒンジ部１００１の軸を構成する金属回転軸１００２が設置されている。金属回転軸１００２は、略円筒形状または略円柱形状に形成され、互いに回動する第２筐体１００４の第２樹脂部１０４と、第１筐体１００３の第１樹脂部１０３とが機械的に連結接続された構造を有する。

図１及び図２に示すように、Ｃリング導体１０１は、断面がＣ字形状で、金属回転軸１００２と比較して径が大きい略円筒形状で形成され、金属回転軸１００２と回転中心が同一となるように第２樹脂部１０４の内部に配置される。

第１筐体１００３内には、Ｃリング導体１０１と略平行で第２樹脂部１０４に近接する部分にモノポールアンテナ素子１０６が設けられ、Ｃリング導体１０１と容量結合している。

信号線１００９は、一方が第１回路基板１００５に接続され、もう一方は、第３樹脂部１０５、第２樹脂部１０４内のＣリング導体１０１の内側を経由して、Ｃ字形状の環の開いている部分を通って、第２回路基板１００６に接続される。

Ｃリング導体１０１と第２回路基板１００６とのｚ軸方向の距離Ｄ２は使用する周波数帯帯において０．０２９波長以上となるように構成する。

また、Ｃリング導体１０１は例えば直径Ｄ１が７ｍｍ（１．４５ＧＨｚにおける０．０３３波長）程度、長さＬが２５ｍｍ（１．４５ＧＨｚにおける０．１２波長）程度で構成され、モノポールアンテナ素子１０６は例えば幅が４ｍｍ（１．４５ＧＨｚ帯における０．００２波長）程度、長さ１５ｍｍ（１．４５ＧＨｚにおける０．０７波長）で、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１はｙ軸方向で７ｍｍ程度重なって構成される。

このように構成された携帯無線端末１００のアンテナ動作を説明する。前述したようにモノポールアンテナ素子１０６と比較して径の大きなＣリング導体１０１を、モノポールアンテナ素子１０６と容量結合させることによって、アンテナ電流がモノポールアンテナ素子１０６に加えてＣリング導体１０１にも分布し、アンテナとして動作する体積を等価的に大きくすることができる。

図３は、前述の条件でＣリング導体１０１の直径Ｄ１を変化した場合の、共振周波数ｆ０及び比帯域幅Δｆ／ｆ０の変化特性を示したものである。Ｃリング導体１０１の直径Ｄ１が大きくなるにつれて、共振周波数ｆ０が低くなり、その比帯域幅Δｆ／ｆ０も広くなる傾向わかる。Ｃリング導体１０１の長さＬとモノポールアンテナ素子１０６の重なる部分を含めた長さは４０ｍｍ（１．８５ＧＨｚにおける０．２５波長）であるため、Ｄ１が２ｍｍと細い場合には、１．８５ＧＨｚで自己共振し、その比帯域幅は１７％と狭くなっている。一方、Ｄ１が７ｍｍとした場合では、共振周波数ｆ０が１．４５ＧＨｚに下がると共に、比帯域５０％となり、Ｃリング導体１０１が無い場合と比較して広帯域なアンテナ特性を実現できる。

このように本実施の形態１によれば、モノポールアンテナ素子１０６より大きい略円筒形状のＣリング導体１０１を、容量結合によってアンテナとして動作させる構成にすることによって、モノポールアンテナ素子１０６に加えてＣリング導体１０１にもアンテナ電流が分布し、Ｃリング導体１０１が無い場合と比較して広帯域なアンテナ特性を実現できる。ここで、図１１のように金属回転軸１００２をＣリング導体１０１と同等の大きな径で構成すれば、同様な広帯域特性が得られるが、本構成ではより軽量で低コストなアンテナを実現できる。

なお、本実施の形態では、Ｃリング導体１０１のＣ字形状の環は、携帯無線端末１００のｙ軸方向に対して全て開いているが、信号線１００９が通るだけのスペースを確保できていれば、全て開いていなくても良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における携帯無線端末のヒンジ部の拡大正面図、図５は、本発明の実施の形態２におけるアンテナの電流分布図、図６は、本発明の実施の形態２におけるトラップ回路の周波数特性である。図４〜図６において、図１、図２、図１０、図１１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４に示すように、Ｃリング導体を第１Ｃリング導体４０１及び第２Ｃリング導体４０２の２つに分割し、それぞれ第２樹脂部１０４内の第１樹脂部１０３側及び第３樹脂部１０５側に配置する。第１Ｃリング導体４０１はモノポールアンテナ素子１０６と容量結合させ、第１Ｃリング導体４０１と第２Ｃリング導体４０２はトラップ回路４０３を介して接続される。トラップ回路４０３は、図６に示すように、第１周波数帯を遮断し、第１周波数帯より低い第２周波数帯を通過するよう構成する。

このように構成された携帯無線端末のアンテナ動作を説明する。上述したように、第１Ｃリング導体４０１と第２Ｃリング導体４０２の間に、第２周波数帯を通過し第１周波数帯を遮断するトラップ回路４０３を設けることで、モノポールアンテナ素子１０６、第１Ｃリング導体４０１に第１周波数帯電流５０１が分布し、モノポールアンテナ素子１０６、第１Ｃリング導体４０１、第２Ｃリング導体４０２に第２周波数帯電流５０２が分布する。これによりアンテナを２共振で動作させることができ、広帯域なアンテナ特性を実現できる。

具体的には、第１Ｃリング導体４０１及び第２Ｃリング導体４０２の直径を、例えば共に７ｍｍ程度で構成し、第１Ｃリング導体４０１の長さを１８ｍｍ（２ＧＨｚにおける０．１２波長）程度、第２Ｃリング導体４０２の長さを７ｍｍ程度で構成し、第１Ｃリング導体４０１の長さと合わせて２５ｍｍ（１．４５ＧＨｚにおける０．１２波長）程度とする。トラップ回路４０３は、例えばキャパシタンスが６ｐＦ程度、リアクタンスが１ｎＨ程度のＬＣトラップ回路で構成する。このような構成とすることで、トラップ回路４０３は第１周波数帯に対応する２ＧＨｚ帯を遮断し、第２周波数帯に対応する１．４５ＧＨｚ帯を通過することができるため、アンテナを２共振で動作させることができ、広帯域なアンテナ特性を実現できる。

このように本実施の形態２によれば、Ｃリング導体を２つに分割し、間にトラップ回路４０３を設けることで、アンテナを２共振で動作でき、広帯域なアンテナ特性を実現できる。

なお、本実施の形態では、第１Ｃリング導体４０１及び第２Ｃリング導体４０２のＣ字形状の環は、携帯無線端末１００のｙ軸方向に対して全て開いているが、実施の形態１と同様に、信号線１００９が通るだけのスペースを確保できていれば、全て開いていなくても良い。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における携帯無線端末の正面図、図８は、本発明の実施の形態３における携帯無線端末のヒンジ部の拡大断面図、図９は本発明の実施の形態３における携帯無線端末のヒンジ部の拡大正面図である。図７〜図９において、図１、図２、図１０、図１１と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７及び図８に示すように、Ｃリング導体１０１におけるＣ字形状の環は、断面が半円となるように切込みを入れて構成されている。このような構成にすることで、第１筐体１００３と第２筐体１００４とが離れるように携帯無線端末１００を開いたときには、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１とのｚ軸方向の距離Ｄ３が近接して容量結合は大きくなるが、携帯無線端末１００を閉じたときには、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１との距離Ｄ３は大きくなるため、容量結合の値は小さくなり、Ｃリング導体１０１にアンテナ電流が流れにくくなる。

図９（ａ）では、Ｃリング導体１０１における半円状の切込みは、モノポールアンテナ素子１０６と重なる部分に入れており、それ以外の部分ではＣリング形状で構成されている。このような構成にすることで、図７及び図８と同様に、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１との距離Ｄ３が変化し、容量結合の値を変化させられる。なお、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１が重ならない部分では、Ｃリング導体１０１に半円状の切り込みを入れていないためＣリング導体１０１によるアンテナの等価的な径を大きくする効果を保ったまま、第１筐体１００３と第２筐体１００４との回動状態に応じて、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１との容量結合の値が変化させられ、携帯無線端末の開き角度に応じてアンテナの入力インピーダンスを調整可能になり、広帯域なアンテナが構成できる。

図９（ｂ）及び（ｃ）では、Ｃリング導体１０１における半円状の切込みの環の大きさをｙ軸方向で徐々に変化させている。このような構成とすることで、携帯無線端末１００の開閉に応じて、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１との平均的な距離を変化させるとともに、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１とが重なる場所と重なる長さが変化するため、容量結合の値を段階的に変化させることができる。図９（ｂ）では、第一樹脂部１０３に近い側ほどＣリング導体１０１における半円状の切込みの環の大きさを大きくしているため、携帯無線端末１００を閉じたときには容量結合が小さいが、携帯無線端末１００を開き切るに従って徐々に容量結合が大きくなる。図９（ｃ）では、第一樹脂部１０３に近い側ほどＣリング導体１０１における半円状の切込みの環の大きさを小さくしているため、携帯無線端末１００を閉じたときには容量結合が小さいが、携帯無線端末１００を開き始めるに従って急激に容量結合が大きくなる。なお、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１が重ならない部分では、Ｃリング導体１０１に半円状の切り込みを入れていないためＣリング導体１０１によるアンテナの等価的な径を大きくする効果を保ったまま、第１筐体１００３と第２筐体１００４との回動状態に応じて、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１との容量結合の値が段階的に変化させられ、携帯無線端末の開き角度に応じてアンテナの入力インピーダンスを調整可能になり、広帯域なアンテナが構成できる。

図９（ｄ）では、Ｃリング導体１０１における半円状の切込みは、モノポールアンテナ素子１０６と重ならない部分に入れており、モノポールアンテナ素子１０６と重なる部分ではＣリング形状で構成されている。このような構成にすることで、第１筐体１００３と第２筐体１００４との回動状態が変化しても、容量結合の値を保ったまま、Ｃリング導体１０１と第１回路基板１００５とのｚ軸方向の距離Ｄ４が変化させられ、携帯無線端末の開き角度に応じてアンテナの放射インピーダンスを調整可能になる。なお、モノポールアンテナ素子１０６とＣリング導体１０１が重なる部分では、Ｃリング導体１０１に半円状の切り込みを入れていないため、アンテナの等価的な径を大きくする効果は保たれており、広帯域なアンテナが構成できる。

このように本実施の形態３によれば、第１筐体１００３と第２筐体１００４との回動に応じて、Ｃリング導体１０１とモノポールアンテナ素子１０６で構成される容量結合に伴うアンテナの入力インピーダンス、あるいはＣリング導体１０１と第１回路基板１００５で構成される電気的結合に伴うアンテナの放射インピーダンスを調整することができ、開閉いずれの状態でも広帯域なアンテナ特性を実現できる。

本発明のアンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末は、第１筐体と、第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体とを回転可能に連結するヒンジ部と、を有する携帯無線端末であって、前記ヒンジ部に設けられ、前記ヒンジ部の回転中心を構成する金属回転軸と、前記金属回転軸の前記回転中心と略同一で、前記金属回転軸より直径が大きい略円筒形状のリング導体と、前記第１筐体に設けられ、前記リング導体と略平行なモノポールアンテナ素子と、前記モノポールアンテナ素子に給電を行う給電部と、を備え、前記金属回転軸は、互いに回動する略円筒形状または略円柱形状の第１部材と第２部材とが連結されて構成され、前記第１部材は前記第１筐体に、前記第２部材は前記第２筐体にそれぞれ機械的に固定され、前記給電部は、前記第１筐体に配置された無線回路と、前記モノポールアンテナ素子とを電気的に接続し、前記リング導体は、前記第２筐体に機械的に固定され、前記モノポールアンテナ素子と容量結合される構成を有する。この構成により、軽量、低コストで設計自由度が高い広帯域なアンテナを実現することができ、アンテナ装置及びこれを搭載した携帯無線端末の軽量化、低コスト化に有用である。

１００ 携帯無線端末
１０１ Ｃリング導体
１０２ 回転中心
１０３ 第１樹脂部
１０４ 第２樹脂部
１０５ 第３樹脂部
１０６ モノポールアンテナ素子
４０１ 第１Ｃリング導体
４０２ 第２Ｃリング導体
４０３ トラップ回路
５０１ 第１周波数帯電流
５０２ 第２周波数帯電流

Claims (5)

1. 第１筐体と、
   第２筐体と、
   前記第１筐体と前記第２筐体とを回転可能に連結するヒンジ部と、を有するアンテナ装置であって、
   前記ヒンジ部に設けられ、前記ヒンジ部の回転中心を構成する金属回転軸と、
   前記金属回転軸の前記回転中心と略同一で、前記金属回転軸より直径が大きい略円筒形状のリング導体と、
   前記第１筐体に設けられ、前記リング導体と略平行なモノポールアンテナ素子と、
   前記モノポールアンテナ素子に給電を行う給電部と、を備え、
   前記金属回転軸は、互いに回動する略円筒形状または略円柱形状の第１部材と第２部材とが連結されて構成され、前記第１部材は前記第１筐体に、前記第２部材は前記第２筐体にそれぞれ機械的に固定され、
   前記給電部は、前記第１筐体に配置された無線回路と、前記モノポールアンテナ素子とに電気的に接続し、
   前記リング導体は、前記第２筐体に機械的に固定され、前記モノポールアンテナ素子と容量結合されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記リング導体は、第１リング導体と第２リング導体とがトラップ回路を介して接続されて構成され、
   第１リング導体は、前記モノポールアンテナ素子と容量結合されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記リング導体は、一部または全部に切り込みを入れて構成され、
   前記第１筐体と前記第２筐体との回動に応じて、前記リング導体と前記モノポールアンテナ素子との容量結合の大きさが変化することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 前記リング導体は、一部または全部に切り込みを入れて構成され、
   前記第１筐体と前記第２筐体との回動に応じて、前記リング導体と前記第１筐体に配置された無線回路との電気的結合の大きさが変化することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ装置を搭載した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携帯無線端末。

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