JP4371914B2 - 折畳式携帯無線機 - Google Patents

Description

本発明は、曲がることが可能な面状接続部材によって２つの筐体が開閉可能に接続され、無線通信用のアンテナを備えた折畳式携帯無線機に関する。

近年、携帯電話機等の携帯無線機が広く普及しているが、この携帯電話機には、各種さまざまなタイプのものが開発されている。その中でも、使用しないときには上下の筐体を折畳んで携帯性を高めたコンパクトな折畳式のものが広く用いられている。このような携帯電話機は、使用状態によりその形態を変えることが可能な構造を持つため、開閉それぞれの状態におけるアンテナ性能の確保が重要である。又、このような折畳式の携帯電話機においても小型化と多機能化が進んでおり、近年の多機能化のひとつとして、デザイン性向上と他携帯電話機との差別化が進んでいる。これらに求められる要求の一つとして、突起のないアンテナ構成がある。又、差別化の意味で、従来のメカヒンジ構造を持たない新しいデザインが求められている。従来、折畳式携帯電話機において開閉どちらの状態でも良好なアンテナ性能を得るための構造として、一般に以下に示す３つのものが知られている。

１つ目は、下筐体のヒンジ側に突起型のアンテナを搭載した折畳式携帯電話機である。 この突起型アンテナは、ヘリカルアンテナや伸縮式モノポールアンテナが一般に用いられており、開いた状態ではアンテナが上筐体を励振させる共振素子となり、携帯電話機全体が上基板と下基板を放射素子とするダイポールアンテナとして動作する。又、アンテナ部が筐体から突起しているので、携帯電話機を手で保持した状態のアンテナ利得を高くできるといった利点がある。又、閉じた状態では、ヘリカルアンテナ等の放射素子により波長を短縮し、λ／４系のモノポールアンテナとして動作する。

２つ目は、アンテナを内蔵して突起部をなくしたものであり、例えばＬ字アンテナや逆Ｆアンテナ等を搭載した折畳式携帯電話機である。これらのアンテナは筐体内部に完全に内蔵した形で動作する。

３つ目は、下筐体ヒンジ側にアンテナを搭載し、開いた状態で上筐体を放射素子として用いる原理を応用するものであり、突起物のないアンテナ構成にし、開いた状態で上筐体を直接励振し、放射素子として用いるものである（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１記載の折畳式携帯電話機の概略構成を示す図であり、（ａ）は開いた状態を示し、（ｂ）は閉じた状態を示している。
特許文献１記載の折畳式携帯電話機は、図５に示すように、上筐体１と下筐体２がヒンジ部３を介して折畳み可能に連結されている。上筐体１には内蔵する回路基板をシールドするためのシールドボックス４が設けられ、このシールドボックス４がアンテナの機能を兼ねている。下筐体２には送信回路６等が形成される回路基板をシールドするためのシールドボックス５が設けられる。送信回路６は、ヒンジ部３に内蔵されているフレキシブル基板７を介して上筐体１のシールドボックス４に接続されている。この構造によれば、放射する筐体に高さといった制限もなく、筐体全体をアンテナの実効面積として広くとる事が可能となるため、広帯域、高利得なアンテナ性能を得ることができる。

特開２００２−３３５１８０号公報

上記１つ目の構造では、アンテナの突起部が携帯無線機としての概観を損ねることになる。又、ホイップアンテナは筐体内に収納するスペースを必要とするため、携帯無線機の小型化、薄型化の妨げになる。又、アンテナ部が筐体から突起しているので、携帯電話機を手で保持した状態のアンテナ利得を高くできるといった利点があるが、放射素子としてアンテナ部に電流が集中するため、通話時に手や顔による影響が大きく、通話時特性の変動が大きくなってしまう。

上記２つ目の構造では、下筐体ヒンジ側にＬ字アンテナを搭載している構造の場合、ヘリカルアンテナを用いた場合と同様に上筐体を励振させる共振素子として動作するが、内蔵するモノポールアンテナとしての長さに限界があるため、開いた状態で上筐体との結合が弱く、特性が劣ってしまう。又、上筐体に逆Ｆアンテナを搭載している構造の場合、アンテナ特性を確保するには、アンテナと上筐体内の回路基板との距離を十分にとる必要があり、又、板状アンテナの面積も広くする必要がある。このため、携帯電話機の小型化、薄型化の妨げとなる。

特許文献１記載の折畳式携帯電話機は、開いた状態では、図５（ａ）に示すように、開いた状態で上筐体１に流れる電流ａと下筐体２に流れる電流ｂとは互いに同じ方向に流れるため、理想的なλ／２系のダイポールアンテナとして動作する。しかしながら、閉じた状態では、図５（ｂ）に示すように、閉じた状態で上筐体１に流れる電流ａと下筐体２に流れる電流ｂとが互いに逆方向に流れるため、両者が打ち消しあってしまい、原理的に動作しない。

図６は、図５に示す折畳式携帯電話機のアンテナ性能を調べた実験の結果を示す図である。この実験では、使用周波数を９００ＭＨｚとし、横軸に周波数（ＭＨｚ）、縦軸にＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比）としてグラフを作成した。図６では、開いた状態でのアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を示すグラフを符号α、閉じた状態でのアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を示すグラフを符号βで示している。
図６に示す実験結果から分かるように、良好なアンテナ特性を得るための要件の一つであるＶＳＷＲ＜３（反射波が５０％以下となる）を満たす周波数帯域の幅について、開いた状態では３５０ＭＨｚ以上の広さを有するが、閉じた状態ではＶＳＷＲ＜３の周波数帯が存在せず、大幅な特性の劣化を確認する事ができる。このため、閉じた状態において動作する別のアンテナが必要となり、その回路構成が複雑になる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を損なうことなく、シンプルな構造で、開閉どちらの状態でも良好なアンテナ特性を得ることが可能な折畳式携帯無線機を提供することを目的とする。

本発明の折畳式携帯無線機は、第１の筐体と第２の筐体とを有する折畳式携帯無線機であって、前記第１の筐体に配置される第１の回路基板と、前記第２の筐体に配置される第２の回路基板と、前記第１の筐体と前記第２の筐体を機械的に接続する、曲がることが可能な面状接続部材と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板を電気的に接続する可撓性を有する接続導体と、前記第２の回路基板に設けられる無線回路部と、前記無線回路部と給電線を介して接続されるアンテナと、前記折畳式携帯無線機の開閉状態に応じて、前記第１の回路基板と前記アンテナとの接続、非接続を選択的に切り替える切り替え手段とを備え、前記アンテナ及び前記給電線は、前記面状接続部材に略沿った位置に配置される。

この構成により、曲がることが可能な面状接続部材を用いて筐体の開閉を行う構造において、小型化を損なうことなく、シンプルな構造で、開閉どちらの状態でも良好なアンテナ特性を得ることが可能となる。

又、本発明の折畳式携帯無線機は、前記切り替え手段が、前記折畳式携帯無線機が開いた状態のときに前記第１の回路基板と前記アンテナとを接続し、前記折畳式携帯無線機が閉じた状態のときに前記第１の回路基板と前記アンテナとを非接続にする。

この構成により、開いた状態のときには、第１の回路基板とアンテナが接続され、第１の筐体と第２の回路基板とによってアンテナが構成される。このため、開いた状態においては、第１の筐体を直接励振させるアンテナ構成と同等のアンテナ特性を得ることができる。又、閉じた状態のときには、第１の回路基板とアンテナが接続されず、アンテナと第２の回路基板によってアンテナが構成される。アンテナ及び給電線は面状接続部材に略沿った位置に配置されているため、閉じた状態において、アンテナは第１の回路基板及び第２の回路基板から離れた場所に位置することになり、閉じた状態でのアンテナ性能を向上させることができる。

本発明によれば、小型化を損なうことなく、シンプルな構造で、開閉どちらの状態でも良好なアンテナ特性を得ることが可能な折畳式携帯無線機を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を説明するための携帯電話機等に代表される折畳式携帯無線機について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機の外観構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機を開いた状態における要部構成を示す正面図である。図３は、本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機を閉じた状態における要部構成を示す側面図である。

図１〜３に示すように、本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機１００は、第１の筐体１１と第２の筐体１２とを有し、第１の筐体１１と第２の筐体１２とが、曲がる（屈曲や湾曲する）ことが可能な面状接続部材１３を構成する連結部１３によって接続され、連結部１３が曲がることで、第１の筐体１１と第２の筐体１２とが対向して重なる閉じた状態と、第１の筐体１１と第２の筐体１２とが対向して重ならない開いた状態とをとることが可能、つまり折畳み可能に構成されている。第１の筐体１１には、液晶表示装置等からなる表示部２１やレシーバ２２等が設けられている。第２の筐体１２には、複数の操作キーボタンを有する操作部２３やマイク２４等が設けられている。

連結部１３は、外装部が可撓性を有する高分子材料等で構成され、内部に可撓性の配線ケーブルやアンテナ素子１０４（図２、図３参照）等を備えている。この連結部１３は、長形形状の第１の筐体１１と第２の筐体１２の短辺部分同士を接続している。又、図示しないが、連結部１３には、筐体の開状態を保持する金属板等からなる接続部材が設けられ、筐体外装部等には閉状態を保持する保持機構が設けられる。

図２及び図３に示すように、第１の筐体１１には第１の回路基板１０１、リアクタンス素子１１０、及び切り替え部１０９等が収納され、第２の筐体１２には第２の回路基板１０２が収納されている。第１の回路基板１０１及び第２の回路基板１０２は、連結部１３に設けられた接続導体となる可撓性を持つ接続素子１０３によって電気的に接続されている。切り替え部１０９は、一端がアンテナ１０４に接続され、他端がリアクタンス素子１１０を介して第１の回路基板１０１に接続されている。

第１の回路基板１０１上にはグランドパターンが形成され、更に、折畳式携帯無線機１００の開閉状態を検出するための開閉状態検出部（例えば、ホール素子とする）１１１が設けられている。第２の回路基板１０２上にはグランドパターンが形成され、更に、折畳式携帯無線機１００の開閉状態を検出するための開閉状態検出部（例えば、永久磁石とする）１０８、インピーダンス整合を行うための整合回路１０７、及び無線回路部１０６等が設けられている。

整合回路１０７は、給電線１０５を介してアンテナ素子１０４に接続されている。無線回路部１０６は、整合回路１０７及び給電線１０５を介してアンテナ素子１０４に接続されている。

アンテナ素子１０４は、例えば直径１ｍｍの導線で構成され、連結部１３において接続素子１０３の側部であって、第１の回路基板１０１と第２の回路基板１０２との間に配置される。

接続素子１０３、アンテナ素子１０４、及び給電線１０５は、面状接続部材を構成する連結部１３にほぼ沿った位置に配置される。アンテナ素子１０４の位置は、図２の開いた状態において、第１の回路基板１０１、第２の回路基板１０２、及び接続素子１０３と重ならない位置に設定される。例えば、第１の回路基板１０１と第２の回路基板１０２とのそれぞれの接続素子１０３と接する端部の辺から同一の間隔を設けた中間部に配置される。

ホール素子１１１は、折畳式携帯無線機１００が閉じられ（折畳まれ）、永久磁石１０８に対向（図３の状態）して永久磁石１０８を検出した場合、折畳式携帯無線機１００が閉じた状態にあることを示す閉信号を切り替え部１０９に出力し、折畳式携帯無線機１００が開かれ、永久磁石１０８を検出しない場合、折畳式携帯無線機１００が開いた状態にあることを示す開信号を切り替え部１０９に出力する。

切り替え部１０９は、折畳式携帯無線機１００の開閉状態に応じて、アンテナ素子１０４とリアクタンス素子１１０を介した第１の回路基板１０１との接続、非接続を選択的に切り替えるものである。切り替え部１０９は、ホール素子１１１から開信号を受信したときにリアクタンス素子１１０とアンテナ素子１０４とを接続し、ホール素子１１１から閉信号を受信したときにリアクタンス素子１１０とアンテナ素子１０４とを非接続にする。

切り替え部１０９によってリアクタンス素子１１０とアンテナ素子１０４とが接続された状態、つまり、折畳式携帯無線機１００が図２の開いた状態にあるときには、第１の筐体１１全体が上側アンテナ素子として動作し、その上側アンテナ素子のインピーダンスを無線回路部１０６の入力インピーダンスに整合する機能を整合回路１０７が果たし、第２の回路基板１０２上のグランドパターンが下側アンテナ素子として動作する。このとき、アンテナ素子１０４は給電線の役割を果たし、第１の筐体１１と第２の回路基板１０２上のグランドパターンとがダイポールアンテナとして動作する。このため、特許文献１にあるように、上筐体を直接励振させるアンテナ構成と同等の特性を得ることができる。

一方、切り替え部１０９によってリアクタンス素子１１０とアンテナ素子１０４とが非接続にされた状態、つまり、折畳式携帯無線機１００が図３の閉じた状態にあるときには、アンテナ素子１０４がλ／４系のモノポールアンテナとして動作する。図３の閉じた状態において、第１の回路基板１０１と第２の回路基板１０２は互いに対面した状態で略平行に重なって配置され、アンテナ素子１０４は、図３中のＺ方向、即ち第１の回路基板１０１及び第２の回路基板１０２と平行な延長方向において回路基板から外側に外れた位置に配置される。図３のように、回路基板長手方向を垂直方向（Ｚ方向）に配置した場合、アンテナ素子１０４は第１の回路基板１０１及び第２の回路基板１０２よりも長手方向に突出した高い位置に配置され、その近傍の金属部は接続素子１０３のみとなる。このため、図３の状態で、第１の回路基板１０１及び第２の回路基板１０２の基板端とアンテナ素子１０４との間隔Ｄ１が大きくなるように設計しておくことで、閉じた状態におけるアンテナ性能を向上させることができる。

図４は、本実施形態の折畳式携帯無線機１００の閉じた状態でのアンテナ性能と、特許文献１記載の従来構造による折畳式携帯電話機の閉じた状態でのアンテナ性能とを調べた実験の結果を示す図である。この実験では、使用周波数を９００ＭＨｚとし、横軸に周波数（ＭＨｚ）、縦軸にＶＳＷＲとしてグラフを作成した。図４では、従来構造の折畳式携帯電話機の閉じた状態でのアンテナ特性（ＶＳＷＲ）の変化を示すグラフを符号β、折畳式携帯無線機１００の閉じた状態でのアンテナ特性の変化を示すグラフを符号γで示している。
図４に示す実験結果から分かるように、良好なアンテナ特性を得るための要件の一つであるＶＳＷＲ＜３（反射波が５０％以下となる）を満たす周波数帯域の幅について、従来構造の折畳式携帯無線機ではＶＳＷＲ＜３の周波数帯が存在していないが、折畳式携帯無線機１００では１８０ＭＨｚ以上の広さを有することが確認された。

以上のように、本実施形態の折畳式携帯無線機１００によれば、開いた状態では、アンテナ素子１０４を給電線として機能させることで、第１の筐体１１と第２の回路基板１０２上のグランドパターンとによりダイポールアンテナを構成することができ、上筐体を直接励振させる従来構造と変わらないアンテナ性能を得ることができる。一方、閉じた状態では、アンテナ素子１０４をλ／４系のモノポールアンテナとして構成することができる。アンテナ素子１０４は、閉じた状態において第１及び第２の回路基板端より基板長手方向に外れた場所に位置するため、アンテナ性能の劣化を防ぐことができる。したがって、本実施形態の折畳式携帯無線機１００によれば、開閉どちらの状態であっても、従来構造よりも良好なアンテナ性能を得ることができる。又、開閉どちらの状態でも１つのアンテナ素子を用いてアンテナを構成するため、回路構成をシンプルにすることができ、筐体の小型化や製造コストの削減等を図ることが可能となる。

尚、アンテナ素子１０４の形状は上記構成例に限るものではなく、例えばヘリカル構造、モノポール構造、又はメアンダ構造等にすることも可能である。又、アンテナ素子１０４の長さを適切に選択することで、さまざまな周波数で共振させることが可能である。又、上記では、アンテナ素子１０４が連結部１３内部で連結部１３に略沿って配置される構成としたが、内部に限らず、例えば、連結部１３の背面に沿ってアンテナ素子１０４を設ける構成としても良い。

又、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施得るものである。

本発明は、筐体の開閉機構に曲がることが可能な面状接続部材を用いた構造の折畳式携帯無線機において、アンテナ性能を改善することが可能となる効果を有し、曲がることが可能な面状接続部材によって２つの筐体が開閉可能に接続され、無線通信用のアンテナを備えた折畳式携帯無線機等に有用である。

本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機の外観構成を示す斜視図 本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機を開いた状態における要部構成を示す正面図 本発明の実施形態を説明するための折畳式携帯無線機を閉じた状態における要部構成を示す側面図 本実施形態の折畳式携帯無線機の閉じた状態でのアンテナ性能と、従来構造の折畳式携帯電話機の閉じた状態でのアンテナ性能とを調べた実験の結果を示す図 特許文献１記載の折畳式携帯電話機の概略構成を示す図 図５に示す折畳式携帯電話機のアンテナ性能を調べた実験の結果を示す図

符号の説明

１００ 折畳式携帯無線機
１１ 第１の筐体
１２ 第２の筐体
１３ 連結部
１０１ 第１回路基板
１０２ 第２回路基板
１０３ 接続素子
１０４ アンテナ素子
１０５ 給電線
１０６ 無線回路部
１０９ 切り替え部

Claims (2)

1. 第１の筐体と第２の筐体とを有する折畳式携帯無線機であって、
   前記第１の筐体に配置される第１の回路基板と、
   前記第２の筐体に配置される第２の回路基板と、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体を機械的に接続する、曲がることが可能な面状接続部材と、
   前記第１の回路基板と前記第２の回路基板を電気的に接続する可撓性を有する接続導体と、
   前記第２の回路基板に設けられる無線回路部と、
   前記無線回路部と給電線を介して接続されるアンテナと、
   前記折畳式携帯無線機の開閉状態に応じて、前記第１の回路基板と前記アンテナとの接続、非接続を選択的に切り替える切り替え手段とを備え、
   前記アンテナ及び前記給電線は、前記面状接続部材に略沿った位置に配置される折畳式携帯無線機。
2. 請求項１記載の折畳式携帯無線機であって、
   前記切り替え手段は、前記折畳式携帯無線機が開いた状態のときに前記第１の回路基板と前記アンテナとを接続し、前記折畳式携帯無線機が閉じた状態のときに前記第１の回路基板と前記アンテナとを非接続にする折畳式携帯無線機。

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