JP4318605B2

JP4318605B2 - 折り畳み式携帯電話機

Info

Publication number: JP4318605B2
Application number: JP2004203568A
Authority: JP
Inventors: 明弘勝呂
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006025342A

Description

本発明は、折り畳み式携帯電話機に関し、特にアンテナの構造に関するものである。

図１０は従来の携帯電話機の外観及びアンテナ装置を模式的に示すものである。
携帯電話機の筐体正面にはスピーカ４、表示部５、操作部１４、多方向スイッチ６、左機能キー１２、右機能キー１３、マイクロフォン９等が図示のように配置されている。第１のヘリカルコイル（以下、第１のコイルという）１、線状アンテナ素子２及び第２のヘリカルコイル（以下、第２のコイルという）３によりヘリカルアンテナ装置が構成されている。第１のコイル１の一端は給電部８に接続されると共に、他端は線状アンテナ素子２に容量結合されて接続され、線状アンテナ素子２の先端には第２のコイル３が設けられている。

このような従来の携帯電話機においては、その機構やアンテナ位置、ユーザの頭の形状、持ち方等のさまざまな要因が電波を送受信する際の障害になり、通話品質を悪化させている。例えば、携帯電話機の使用中の傾き角度は通常では地面に対して３０度〜６０度程度であり、このため基地局からの電波の垂直偏波成分は大幅に劣化する。また、図示のように筐体の下部に操作部１４やマイクロフォン９が設けられ、筐体の上部には表示部５やスピーカ４が設けられている。この筐体自身や表示部５には外力から保護するためのマグネシウム合金やチタン等の金属が設けられており、この金属により電波の送受信が妨害される。

このため、従来より携帯電話機の通話品質を改善するためのさまざまな技術が提案されている。例えば、図１０のアンテナ装置において、アンテナの伸長状態、収納状態に拘わらず精度よくインピーダンス整合をとることができる収納式アンテナや（例えば、特許文献１参照）、筐体から上方に突出した第１のアンテナエレメントと、筐体の背面上部の第２のアンテナエレメントとを設け、第１のアンテナエレメントの給電部と対抗する筐体内面の位置に第２のアンテナエレメントを上記給電部と容量結合させた携帯無線機（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
特開平９−１７２３１３号公報特開２００４−２３３６２号公報

しかしながら前記従来の技術は、後述する本発明のように積極的にアンテナの指向性を広角化することによって通話品質を改善しようとするものではなく、このため通話品質の向上にも限界があった。
従って、本発明は上記の問題を解決し、アンテナの指向性を広角化することにより通話品質を改善することを課題とする。

本発明は、第１のコイルの一端に給電部が接続され、前記第１のコイルの他端に第１のアンテナ素子が結合してなるアンテナ装置を備えた折り畳み式携帯電話機において、前記第１のコイルと電磁的に結合する伸展部を有する第２のアンテナ素子と、前記伸展部を前記第１のコイルにオーバーラップするように設け、かつ、前記第１のアンテナ素子と、前記第１のコイルを介して略直交して電磁的に結合する前記第２のアンテナ素子を設けたことを特徴とする。
また、前記第１のアンテナ素子は線状アンテナ素子であり、前記第２のアンテナ素子は面状アンテナ素子であることを特徴とする。
また、互いに開閉自在に接続された第１の筐体と第２の筐体とを有し、前記第１の筐体には前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子と前記第１のコイルが設けられると共に操作部が設けられ、この操作部には該操作部の上部に多方向スイッチ、左機能キー、右機能キーとが設けられ、該操作部の下部に送話器が設けられ、前記第２のアンテナ素子は前記多方向スイッチ、前記左機能キー、前記右機能キーを取り囲むように設けられ、前記第２の筐体には受話器と表示部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、受信時には２つのアンテナ素子が受信した高周波電力がコイルにより合成され、送信時には、送信高周波電力がコイルにより２つのアンテナ素子に分岐して送信されるので、従来のアンテナより指向性を広角化することができ、簡単な構成で通話品質を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図1は本発明の実施の形態による携帯通信端末としての２つの筐体からなる携帯電話機の外観と伸長状態でのアンテナ装置を模式的に示す。
図1において、この携帯電話機は、上部筐体２０（第２の筐体）と下部筐体２１（第1の筐体）とがこれらの筐体の面と平行な軸を中心に回転可能とされていて、折り畳み式に開閉自在に連結されたものである。尚、上部筐体２０と下部筐体２１とが筐体の面と直交する軸を中心として回転することにより開閉自在とされた携帯電話機であってもよい。図示の例では、上部筐体２０には、スピーカ４と、液晶等からなる表示部５とが設けられている。下部筐体２１には、操作部１４、マイクロフォン９が設けられ、操作部１４には多方向スイッチ６、左機能キー１２、右機能キー１３、テンキー７等からなるキー操作部が配置されている。

下部筐体２１の内部にはプリント配線基板（以下、単に基板という）１１が設けられ、この基板１１には第１のヘリカルコイル（以下、第１のコイルという）１が取り付けられている。第１のコイル１の一端には給電部８が接続されている。この第１のコイル１と線状アンテナ素子２と第２のヘリカルコイル（以下、第２のコイルという）３によりヘリカルアンテナ装置が構成されている。尚、基板１１には、第１のコイル1が取り付けられると共に、給電部８、給電部８に接続される高周波回路、操作部１４に関連する回路等、通常の携帯電話機の機能を有する電気回路が構成されている。

図７（ａ）（ｂ）は上記ヘリカルアンテナ装置の具体的な機構の一例を示すものであり、（ａ）は収納状態を示し、（ｂ）は伸長状態を示す。また、図１と対応する部分には同一番号が付されている。また、上部筐体２０は省略されている。尚、このアンテナ装置は例えば特許文献１に開示されるものである。
図７において、下部筐体２１内の基板１１には第１のコイル１とこれに接続される給電部８が設けられている。線状アンテナ素子２は誘電体カバー２２に収納されている。誘電体カバー２２の先端には金属パイプ２３が設けられ、金属パイプ２３と線状アンテナ素子２との間には誘電体棒２４が介在されている。また、金属パイプ２３の上部には第２のコイル３が電気的に接続され、第２のコイル３は摘み部２５内に収納されている。線状アンテナ素子２の下端には金属ストッパー２６が電気的に接続されている。下部筐体２１の上部には金属ホルダ２７が設けられている。

上記構成によれば、（b）の伸長状態では、線状アンテナ素子２１の金属ストッパー２６が金属ホルダ２７に嵌合する。この状態では、第１のコイル１と線状アンテナ素子２とが容量結合により接続され、線状アンテナ素子２及び第１のコイル１がアンテナとして動作する。また、（a）の収納状態では、金属パイプ２３が金属ホルダ２７に嵌合する。この状態では、第１のコイル１と第２のコイル３とが容量結合により接続され、第２のコイル３が及び第１のコイル１がアンテナとして動作する。また、伸長状態・収納状態に拘わらず線状アンテナ素子２と第２のコイル３とは電気的に絶縁されている。

次に、再び図１に戻って説明する。前記多方向スイッチ６、左機能キー１２、右機能キー１３を囲むようにして本実施の形態による面状アンテナ素子１０がその長手方向を線状アンテナ素子２に対して略直交する方向に設けられている。面状アンテナ素子１０は金属箔等を貼付したもので形成され、第１のコイル１と電磁的に結合して寄生素子（誘導素子）として機能するものである。図２はラバーキー７の上部に面状アンテナ素子１０を貼付した場合を示す。尚、面状アンテナ素子１０は図示では下部筐体２１の表面に設けた場合を示しているが、下部筐体２１の内面に設けてもよい。図７のヘリカルアンテナ装置に面状アンテナ素子１０が設けられることにより、図３にも示すような本発明の実施の形態によるアンテナ装置が構成される。

図３において、面状アンテナ素子１０は第１のコイル１と電磁的に結合させるために、左機能キー１２側から伸びる伸展部１５が設けられている。伸展部１５は図示のように鈎形に形成され、第１のコイル１と所定の間隔（例えば使用周波数１．９GHz帯の１/８０〜１/１００波長）を以って配されている。伸展部１５の第１のコイル１に対するオーバラップ部分は例えば２mm×５mmである。また、ヘリカルアンテナと線状アンテナ素子２との垂直距離は例えば１．８mm（１/９４波長）である。図４は第１のコイル１の構成を示すもので、第１のコイル１はセラミック等からなる芯体１６にコイルを巻回したものである。

次に、上記構成によるアンテナ装置の動作について説明する。
送信時には、基板１１上の高周波回路からの電力は給電部８を介して第１のコイル１から線状アンテナ素子２と面状アンテナ素子１０とに分岐して送信される。線状アンテナ素子２は従来から一般的に使用されているアンテナ素子で、先端部には直流的に数mmの距離を隔てて第２のコイル３が設けられ、この第２のコイル３は、図７（a）のようにアンテナ収納時に第１のコイル１と密に結合して動作する。受信時には、線状アンテナ素子２と面状アンテナ素子１０により電波が受信され、各受信波は第１のコイル１により合成されて高周波回路に送られる。面状アンテナ素子１０と第１のコイル１との間隔は１/９０波長程度とし、インピーダンス整合が著しく変化しないように配慮されている。

図５は線状アンテナ素子２による電界ベクトルAと、この線状アンテナ素子２に対して９０度方向に配された面状アンテナ素子１０による電界ベクトルBと、各ベクトルA、Bの合成ベクトルCを示すものである。θは携帯電話機の使用中における地面に対する任意の傾きを示す。図６はユーザが携帯電話機を左手に持ち、スピーカ４を左耳に当てた通話状態における送信電波の方向を矢印で示すもので、１７はユーザの頭部である。図５において、ベクトルC＝ベクトルA＋ベクトルBであり、ベクトルＡの大きさ＝ベクトルＢの大きさ、すなわち｜Ａ｜＝｜Ｂ｜のとき、θ＝４５度に傾けて使用すると、ベクトルCが地面に対して垂直になり、基地局との通信効率が向上する。

次に、実験結果について説明する。
折り畳み式で伸縮アンテナを有する携帯電話機の場合について、寄生素子としての面状アンテナ素子１０の有無に応じた自由空間でのVSWR（定在波比）が以下の通り実測された。尚、以下において開閉状態、開状態は上部筐体２０と下部筐体２１が閉じた状態、開いた状態を示し、収納、伸縮はアンテナを収納した状態、伸長した状態を示す。
閉状態・収納開状態・収納閉状態・伸長開状態・伸長
面状アンテナ素子有１・５６１．７３１．９１１．５５
面状アンテナ素子無１．４５１．１３１．７３１．６４

図８は面状アンテナ素子１０を設けた場合の図６の通話状態での放射パターンを示す特性図、図９は面状アンテナ素子１０が無い場合の図６の通話状態での放射パターンを示す特性図である。図８のβ、図９のαはアンテナの感度の悪い範囲を示すもので、この例ではβ＞αであるので、図９の面状アンテナ素子１０を備えた場合の方が感度の良い範囲の角度が広いことが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、送信時には、送信電力は給電部８を介してコイル１から線状アンテナ素子２と面状アンテナ素子１０とに分岐して送信され、受信時には、線状アンテナ素子２と面状アンテナ素子１０により受信された各受信波はコイル１により合成されるので、地面から天頂方向をZ軸とすると、Z軸回りでの垂直偏波を改善することができる。この種の携帯電話機において、上部筐体２０に設けられたスピーカ４を耳に当て、下部筐体２１のマイクロフォン９を口に当てた使用状態においてほぼ垂直となるZ軸回りでの放射方向を拡大することができる。即ち、高周波電力がコイル１により同時に２つのアンテナ素子に対して分岐又は合成されるので、通話状態において、従来のアンテナより指向性を広角化することができ、通話品質を向上させることができる。

また、ユーザの頭部の形や、携帯電話機を持つ角度、筐体の幅、筐体や表示部に用いられる金属等によらず簡単な構成で通話品質を向上させることができる。
本実施の形態は、２つの筐体２０、２１を備え、下部筐体２１の上部に多方向スイッチ６、第１のコイル１、線状アンテナ素子２が取り付けられた構造の携帯電話機において、面状アンテナ素子１０を多方向スイッチ６近傍、即ち下部筐体２１上部に配したので、実際の使用において上記の効果を顕著に奏することができる。

本発明の実施の形態による携帯電話機を示す構成図である。面状アンテナ素子の実装例を示す構成図である。本発明の実施の形態によるアンテナ装置を示す構成図である。第１のコイルの構成図である。線状アンテナ素子と面状アンテナ素子の各電界ベクトル及びその合成ベクトルを示す構成図である。携帯電話機の使用状態を示す構成図であり、矢印は電波の放射方向を示す。本発明を適用し得るヘリカルアンテナ装置の構成例を示す構成図である。面状アンテナ素子が無い場合の図６の通話状態での放射特性図である。面状アンテナ素子を設けた場合の図６の通話状態での放射特性図である。従来の携帯電話機の構成図である。

符号の説明

１：第１のコイル、２：線状アンテナ素子、３：第２のコイル、４：スピーカ、５：表示部、６：多方向スイッチ、９：マイクロフォン、１０：面状アンテナ素子、１１：プリント配線基板、１２：左機能キー、１３：右機能キー、１４：操作部、１５：伸展部、２０：上部筐体、２１：下部筐体、A：線状アンテナ素子の電界ベクトル、B：面状アンテナ素子の電界ベクトル、C：合成ベクトル

Claims

第１のコイルの一端に給電部が接続され、前記第１のコイルの他端に第１のアンテナ素子が結合してなるアンテナ装置を備えた折り畳み式携帯電話機において、
前記第１のコイルと電磁的に結合する伸展部を有する第２のアンテナ素子と、
前記伸展部を前記第１のコイルにオーバーラップするように設け、かつ、
前記第１のアンテナ素子と、前記第１のコイルを介して略直交して電磁的に結合する前記第２のアンテナ素子を設けたことを特徴とする折り畳み式携帯電話機。
前記第１のアンテナ素子は線状アンテナ素子であり、前記第２のアンテナ素子は面状アンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の折り畳み式携帯電話機。
互いに開閉自在に接続された第１の筐体と第２の筐体とを有し、
前記第１の筐体には前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子と前記第１のコイルが設けられると共に操作部が設けられ、
この操作部には該操作部の上部に多方向スイッチ、左機能キー、右機能キーとが設けられ、該操作部の下部に送話器が設けられ、
前記第２のアンテナ素子は前記多方向スイッチ、前記左機能キー、前記右機能キーを取り囲むように設けられ、前記第２の筐体には受話器と表示部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の折り畳み式携帯電話機。