JP5523374B2

JP5523374B2 - 携帯無線機

Info

Publication number: JP5523374B2
Application number: JP2011040671A
Authority: JP
Inventors: 賢二小川; 芳雄小柳; 恒太青木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: US20130322038A1; WO2012114690A1; JP2012178726A; US9642267B2

Description

本発明は、アンテナ素子と地線素子を備えた携帯無線機に関する。

アンテナ素子と地線素子を備えた携帯無線機として、例えば特許文献１〜５で開示されたものが知られている。アンテナ素子と地線素子は、携帯無線機の筐体上部に配置されることが多いが、近年普及してきているスマートフォンに代表されるストレート型の携帯無線機では、ＳＡＲ（比吸収率、Specific Absorption Rate）設計上の観点から、人体頭部に近接する筐体上部ではなく、人体頭部から離れた筐体下部に配置されるのが一般的となっている。なお、ＳＡＲとは、単位質量の組織に単位時間に吸収されたエネルギーのことである。

特開２００８−０７２４８６号公報特開２００４−２６０４３４号公報特開２００７−２０２０４０号公報特開２００８−０１７３５２号公報特開平０６−３３４４２０号公報

しかしながら、スマートフォンなどのストレート型の携帯無線機に対し、筐体下部にアンテナを配置した場合、通話などの実使用時にアンテナが人の手で覆われることによる大幅な利得の劣化が懸念される。利得劣化の主な要因としては、携帯無線機本体の近傍界において、アンテナから放射された送信電力が手に吸収されることと、アンテナから手に誘起した電流とアンテナに流れる電流とが相殺されることが挙げられる。なお、上述した特許文献３、４及び５で開示された技術では、手持ち時での高利得化が課題となっている。また、特許文献１及び２で開示された技術では、単共振構成のために広帯域化に課題がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、アンテナ素子と地線素子を備えた携帯無線機において、広帯域化と手持ち時の高利得化を両立でき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、筐体と、前記筐体に設けられた操作部と、前記筐体の内部に設けられ、グランド及び無線回路を有する回路基板と、前記筐体に設けられ、前記回路基板上のグランドと所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ素子と、前記筺体に設けられ、前記回路基板上のグランドと所定の間隔を隔てて配置された地線素子と、前記回路基板上の無線回路と前記アンテナ素子に接続された給電端子と、前記回路基板上のグランドと前記地線素子に接続された接地端子と、を備え、前記アンテナ素子は第１の周波数で共振し、前記地線素子は前記第１の周波数よりも高い第２の周波数で共振し、前記給電端子と前記接地端子は近接し、前記給電端子と前記接地端子の近傍において、前記アンテナ素子と前記地線素子に平行な部位を有し、前記地線素子は、前記筐体の厚み方向において、少なくとも前記アンテナ素子よりも前記操作部より離れた部位を有することを特徴とする。

上記構成によれば、アンテナ素子と地線素子が給電部付近で結合することにより、手持ち時において地線素子に流れたアンテナ電流が、手の平から離れたアンテナ素子に誘起・分散し、手にアンテナ電流が誘起され難くなる。これにより、第２の周波数において、手持ち時の利得劣化が低減する。また、地線素子がアンテナ素子と手の平の間に存在することから、シールドの役割も果たし、第１の周波数において、手持ち時の利得劣化が低減する。したがって、広帯域化と手持ち時の高利得化の両立が図れる。

上記構成において、前記給電端子と前記接地端子の間隔が前記第２の周波数の０．１λ以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、携帯無線機を手で保持したときに、第２の周波数におけるアンテナ電流を、地線素子からアンテナ素子へ誘起させることができる。

上記構成において、前記地線素子は、前記筐体の厚み方向において、少なくとも前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位よりも前記操作部より離れた部位を有することを特徴とする。

上記構成によれば、携帯無線機を手で保持したときに、平行な部位が手から離れることにより、手で保持したときの利得をより改善できる。

上記構成において、前記アンテナ素子と前記地線素子は板状に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、アンテナ素子及び地線素子それぞれを板状にすることにより、アンテナとしての占有体積を小さくすることができる。

上記構成において、前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位が、前記筐体の厚み方向に対して平行に配置されたことを特徴とする。

上記構成によれば、アンテナ素子と地線素子の平行な部位を、筐体の厚み方向に対して平行に配置することにより、携帯無線機を手で保持したときに、手の平との干渉面積を減らすことができ、手で保持したときの利得をより改善できる。

上記構成において、前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位以外は、面が略直交の関係であることを特徴とする。

上記構成によれば、帯域劣化の原因となる、アンテナ素子及び地線素子の先端近傍でのアンテナ素子と地線素子間の干渉を抑制でき、広帯域化が図れる。

上記構成において、前記地線素子を、その地線放射部が前記筐体の前記操作部が設けられている側の面と略平行になるように配置したことを特徴とする。

上記構成によれば、携帯無線機を手で保持したときに、地線素子が、アンテナ素子と手の平との間に配置されるので、アンテナ素子と手の平との干渉を抑制できる。

上記構成において、前記アンテナ素子のアンテナ放射部と前記地線素子の地線放射部が平行の関係であることを特徴とする。

上記構成によれば、アンテナ素子と地線素子が強く結合することになり、携帯無線機を手で保持したときの利得低下をさらに抑制することができる。

上記構成において、前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位以外は、互いの向きを反対の方向に配置したことを特徴とする。

上記構成によれば、地線素子の配置の自由度が高まり、地線素子と手の平との間の距離を確保することができる。

上記構成において、前記アンテナ素子が複数の平面を持つ形状であることを特徴とする。

上記構成によれば、第１の周波数における広帯域化が図れる。

上記構成において、前記地線素子が複数の平面を持つ形状であることを特徴とする。

上記構成によれば、第２の周波数における広帯域化が図れる。

上記構成において、前記アンテナ素子が複数のアンテナ放射部を持つ形状であることを特徴とする。

上記構成によれば、より多共振化が図れる。

本発明によれば、アンテナ素子と地線素子を備えた携帯無線機において、広帯域化と手持ち時の高利得化を両立できる。

本発明の一実施の形態に係る携帯無線機の内部構造の一部を含む概観を示す斜視図図１の携帯無線機の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図図１の携帯無線機におけるアンテナ電流経路を説明するための斜視図図１の携帯無線機のアンテナ素子及び地線素子の配置の変形例１−１を示す斜視図アンテナ素子及び地線素子が図４に示す配置関係のときの、携帯無線機の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図図１の携帯無線機のアンテナ素子及び地線素子の配置の変形例１−２を示す斜視図アンテナ素子及び地線素子が図６に示す配置関係のときの、携帯無線機の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図図１の携帯無線機のアンテナ素子及び地線素子の配置の変形例１−３を示す斜視図アンテナ素子及び地線素子が図８に示す配置関係のときの、携帯無線機の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図図１の携帯無線機のアンテナ素子の形状の変形例２−１を示す斜視図図１の携帯無線機の地線素子の形状の変形例２−２を示す斜視図図１の携帯無線機のアンテナ素子の形状の変形例２−３を示す斜視図

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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る携帯無線機の内部構造の一部を含む概観を示す斜視図である。また、図２は、図１の携帯無線機の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図である。図１及び図２において、本実施の形態の携帯無線機１は、スマートフォンと呼ばれるストレート型の携帯無線機であり、薄型方形状に形成された筐体２と、筐体２の正面側に設けられた操作・表示部３と、筐体２の正面側に設けられ、操作・表示部３から離れた位置に設けられた操作部４と、筐体２の内部に設けられ、グランド６及び無線回路７を有する回路基板５と、筐体２に設けられ、回路基板５上のグランド６と所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ素子８と、筺体２に設けられ、回路基板５上のグランド６と所定の間隔を隔てて配置された地線素子９と、回路基板５上の無線回路７とアンテナ素子８に接続された給電端子１０と、回路基板５上のグランド６と地線素子９に接続された接地端子１１とを備えている。

操作・表示部３は、液晶あるいは有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）等のディスプレイ（図示略）と、該ディスプレイの表示面の直上に配置され、ユーザの手指がタッチした位置に対応する座標を座標情報として出力するタッチパネル（図示略）とから構成される。操作部４はボタンスイッチである。

アンテナ素子８は、長さ３９ｍｍ幅４ｍｍを有するアンテナ放射部８ａと長さ８ｍｍ幅２ｍｍを有する給電端子接続部８ｂとからなり、本体部位であるアンテナ放射部８ａが長方形板状に形成され、アンテナ放射部８ａの一端側の部位である給電端子接続部８ｂがアンテナ放射部８ａに対して直交方向に形成されている。給電端子接続部８ｂは、アンテナ放射部８ａと同様に長方形板状に形成されている。この場合、アンテナ素子８の共振周波数は１．６ＧＨｚである。地線素子９は、長さ１２ｍｍ幅２ｍｍを有する地線放射部９ａと長さ１０ｍｍ幅５ｍｍを有する接地端子接続部９ｂとからなり、本体部位である地線放射部９ａが長方形板状に形成され、地線放射部９ａの一端側の部位である接地端子接続部９ｂが地線放射部９ａに対して直交方向に形成されている。接地端子接続部９ｂは長方形状を成し、地線放射部９ａよりも幅広に形成されている。地線素子９の接地端子接続部９ｂの幅はアンテナ素子８の給電端子接続部８ｂの幅よりも広くなっている。この場合、地線素子９の共振周波数は２．２ＧＨｚである。よって、地線素子９は、アンテナ素子８の共振周波数である第１の周波数ｆ１よりも高い第２の周波数ｆ２で共振させることから、アンテナ素子８よりも短く形成されている。

アンテナ素子８は、アンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略平行に配置され、地線素子９は、地線放射部９ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略垂直になるように配置される。さらに、アンテナ素子８と地線素子９は、給電端子接続部８ｂと接地端子接続部９ｂの間隔が給電端子１０と接地端子１１の間隔と同一で、かつ給電端子接続部８ｂと接地端子接続部９ｂが平行になるように配置される。給電端子１０と接地端子１１の間隔は２ｍｍと、第２の周波数ｆ２の０．１λ以下で近接しており、この間隔とすることで、携帯無線機１を手で保持したときに、第２の周波数ｆ２におけるアンテナ電流を、地線素子９からアンテナ素子８へ誘起させることができる。

また、アンテナ素子８と地線素子９との位置関係は、筐体２の操作部４が設けられている側の面から離れる方向にアンテナ素子８、地線素子９の順となる。すなわち、筐体２の厚み方向１３（図２参照）の配置順として、筐体２の操作部４が設けられている側の面→アンテナ素子８→地線素子９となる。この場合、上述したように、地線素子９の接地端子接続部９ｂの幅がアンテナ素子８の給電端子接続部８ｂの幅よりも広くなっているので、地線素子９は、筐体２の厚み方向１３において、アンテナ素子８よりも操作部４より離れた部位９ｃを有することになる。また、図２中に符号１４で示す部位が、アンテナ素子８の給電端子接続部８ｂと地線素子９の接地端子接続部９ｂが平行になっている部位である。また、図２中に符号１５で示すエリアはアンテナ実装エリアである。

アンテナ素子８と地線素子９を板状に形成したことで、アンテナとしての占有体積を小さくすることができる。また、地線素子９に、筐体２の厚み方向１３に延設させた部位９ｃを設けたことで、携帯無線機１を手で保持したときに、部位９ｃがアンテナ素子８よりも手の平に近く配置されたことで、アンテナ素子８と手の平の干渉を抑制し、かつ平行な部位１４を手から離すことができ、手で保持したときの利得がより改善する。また、アンテナ素子８と地線素子９の平行な部位１４を、筐体２の厚み方向に対して平行に配置したことで、携帯無線機１を手で保持したときに、手の平との干渉面積を減らすことができ、手で保持したときの利得がより改善する。また、アンテナ素子８の給電端子接続部８ｂと地線素子９の接地端子接続部９ｂのそれぞれを、筐体２の操作部４が設けられている側の面と略直交の関係となるようにしたことで、帯域劣化の原因となる、アンテナ素子８及び地線素子９の先端近傍でのアンテナ素子８と地線素子９間の干渉を抑制でき、広帯域化が図れる。

図３は、本実施の形態の携帯無線機１におけるアンテナ電流経路を説明するための斜視図である。図３の（ａ）は、携帯無線機１を手で保持していないときで、第１の周波数ｆ１の高周波信号で励振を行った場合のアンテナ電流経路を示している。この場合、アンテナ素子８が励振状態となり、アンテナ素子８にのみアンテナ電流Ｉａが流れる。図３の（ｂ）は、携帯無線機１を手で保持していないときで、第２の周波数ｆ２の高周波信号で励振を行った場合のアンテナ電流経路を示している。この場合、地線素子９が励振状態となり、地線素子９にアンテナ電流Ｉｂが流れ、また僅かであるが、アンテナ素子８にアンテナ電流Ｉａ’が流れる。図３の（ｃ）は、携帯無線機１を手で保持したときで、第１の周波数ｆ１の高周波信号で励振を行った場合のアンテナ電流経路を示している。この場合、アンテナ素子８が励振状態となり、アンテナ素子８にのみアンテナ電流Ｉａが流れる。図３の（ｄ）は、携帯無線機１を手で保持したときで、第２の周波数ｆ２の高周波信号で励振を行った場合のアンテナ電流経路を示している。この場合、アンテナ素子８が励振状態となり、アンテナ素子８にアンテナ電流Ｉａが流れ、また僅かであるが、地線素子９にアンテナ電流Ｉｂ’が流れる。図３の（ｂ）と（ｄ）から分るように、手持ち時にはアンテナ電流がアンテナ素子８へ誘起・分散する。

このように本実施の形態の携帯無線機１によれば、第１の周波数ｆ１で共振するアンテナ素子８を、アンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と平行になるように向けるとともに、第１の周波数ｆ１よりも高い第２の周波数ｆ２で共振する地線素子９を、地線放射部９ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と垂直になるように向け、さらに、アンテナ素子８の給電端子接続部８ｂと地線素子９の接地端子接続部９ｂの間隔を給電端子１０と接地端子１１の間隔（第２の周波数ｆ２の０．１λ以下）と同一にし、かつ給電端子接続部８ｂと接地端子接続部９ｂを平行に配置するようにした。

したがって、アンテナ素子８と地線素子９が給電部付近（給電端子１０と接地端子１１がある部分）で結合することになり、携帯無線機１を手で保持し、かつ第２の周波数ｆ２の高周波信号で励振を行ったときに、地線素子９に流れたアンテナ電流が、手の平からアンテナ素子８に誘起・分散し、手にアンテナ電流が誘起され難くなって、利得の劣化が低減する。また、地線素子９がアンテナ素子８と手の平の間に存在することからシールドの役割を果たすことになり、携帯無線機１を手で保持し、かつ第１の周波数ｆ１の信号で励振を行ったときの利得の劣化が低減する。以上により、広帯域化と手持ち時の高利得化を両立するアンテナ構成を実現できる。

なお、本実施の形態では、アンテナ素子８を、アンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略平行になるように配置し、地線素子９を、地線放射部９ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略垂直になるように配置したが、アンテナ素子８と地線素子９それぞれの筐体操作面に対する向きは様々な変形例が考えられる。
また、本実施の形態では、アンテナ素子８及び地線素子９それぞれが１つの平面を持つものであったが、それぞれが複数の面を持つようにしても良い。

なお、本実施の形態では、アンテナ素子８及び地線素子９それぞれが長方形で構成されているが、それぞれがスリットやメアンダ構成として、電気長を調整するようにしても良い。
また、本実施の形態では、ストレート型端末にアンテナを搭載した場合を示しているが、２つ折りモデルやスライドモデルのように、筐体が複数に分割される端末においても、同様に広帯域化と手持ち時の高利得化の効果が得られる。

以下、アンテナ素子８及び地線素子９の配置の変形例１−１〜１−３と、アンテナ素子８及び地線素子９が複数の平面を持つ変形例２−１〜２−３について説明する。

（変形例１−１）
図４は、アンテナ素子８及び地線素子９の配置の変形例１−１を示す斜視図である。図４に示すように、変形例１−１では、アンテナ素子８を、アンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略垂直になるように配置し、地線素子９を、その地線放射部９ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略平行になるように配置したものである。図５は、図４に示す配置関係のときの、携帯無線機１の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図である。このようにアンテナ素子８及び地線素子９を配置することで、携帯無線機１を手で保持したときに、地線素子９が、アンテナ素子８と手の平との間に配置されるので、よりアンテナ素子８と手の平との干渉を抑制できる。

（変形例１−２）
図６は、アンテナ素子８及び地線素子９の配置の変形例１−２を示す斜視図である。図６に示すように、変形例１−２では、アンテナ素子８を、そのアンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略垂直になるように配置するとともに、地線素子９を、その地線放射部９ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略垂直になるように配置したものである。このように配置することで、アンテナ素子８のアンテナ放射部８ａと地線素子９の地線放射部９ａが平行になる。図７は、図６に示す配置関係のときの、携帯無線機１の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図である。このようにアンテナ素子８及び地線素子９を配置することで、アンテナ素子８と地線素子９が強く結合することになり、携帯無線機１を手で保持したときの利得低下をさらに抑制することができる。

（変形例１−３）
図８は、アンテナ素子８及び地線素子９の配置の変形例１−３を示す斜視図である。図８に示すように、変形例１−３では、アンテナ素子８については、前述した実施の形態と同様に、アンテナ放射部８ａが筐体２の操作部４が設けられている側の面と略平行になるように配置するが、地線素子９については、接地端子接続部９ｂがアンテナ素子８の給電端子接続部８ｂと対向するように（すなわち、アンテナ素子８と１８０度逆向きになるように）配置したものである。図９は、図８に示す配置関係のときの、携帯無線機１の筐体厚み方向における各部材の位置関係の概略を示す模式図である。このようにアンテナ素子８及び地線素子９を配置することで、地線素子９の配置の自由度が高まり、地線素子９と手の平との間の距離を確保することができる。

（変形例２−１）
図１０は、アンテナ素子８の形状の変形例２−１を示す斜視図である。図１０に示すように、変形例２−１では、アンテナ素子８が、筐体２の操作部４が設けられている側の面に対して略垂直となる面８ａ_１と略平行となる面８ａ_２の２つの平面を有するものである。地線素子９については前述した実施の形態と同様に１つの平面を有する。このようにアンテナ素子８を２つの平面を持つ形状とすることで、第１の周波数ｆ１における広帯域化が図れる。なお、アンテナ素子８が有する平面数は２つに限定されるものではない。

（変形例２−２）
図１１は、地線素子９の形状の変形例２−２を示す斜視図である。図１１に示すように、変形例２−２は、地線素子９が、筐体２の操作部４が設けられている側の面に対して略垂直となる面９ｂ_１と略平行となる面９ｂ_２の２つの平面を有するものである。このように地線素子９を２つの平面を持つ形状とすることで、第２の周波数ｆ２における広帯域化が図れる。なお、地線素子９が有する平面数は２つに限定されるものではない。

（変形例２−３）
図１２は、アンテナ素子８の形状の変形例２−３を示す斜視図である。図１２に示すように、変形例２−３は、アンテナ素子８がアンテナ放射部８ａに加え、給電端子接続部８ｂに接続され、第３の周波数ｆ３で共振する第２のアンテナ放射部８ｃの２つの放射部を有するものである。このようにアンテナ素子８を２つのアンテナ放射部を持つ形状とすることで、より多共振化が図れる。なお、アンテナ素子８が有するアンテナ放射部の数は２つに限定されるものではない。また、第３の周波数ｆ３は任意の場合において手持ち時の高利得化が可能である。

本発明は、アンテナ素子と地線素子を備えた携帯無線機において、広帯域化と手持ち時の高利得化を両立できるといった効果を有し、スマートフォンに代表されるストレート型の携帯無線機への適用が可能である。

１携帯無線機
２筐体
３操作・表示部
４操作部
５回路基板
６グランド
７無線回路
８アンテナ素子
８ａアンテナ放射部
８ｂ給電端子接続部
８ｃ第２のアンテナ放射部
９地線素子
９ａ地線放射部
９ｂ接地端子接続部
１０給電端子
１１接地端子
１３筐体の厚み方向
１４平行な部位
１５アンテナ実装エリア

Claims

筐体と、
前記筐体に設けられた操作部と、
前記筐体の内部に設けられ、グランド及び無線回路を有する回路基板と、
前記筐体に設けられ、前記回路基板上のグランドと所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ素子と、
前記筺体に設けられ、前記回路基板上のグランドと所定の間隔を隔てて配置された地線素子と、
前記回路基板上の無線回路と前記アンテナ素子に接続された給電端子と、
前記回路基板上のグランドと前記地線素子に接続された接地端子と、
を備え、
前記アンテナ素子は第１の周波数で共振し、
前記地線素子は前記第１の周波数よりも高い第２の周波数で共振し、
前記給電端子と前記接地端子は近接し、
前記給電端子と前記接地端子の近傍において、前記アンテナ素子と前記地線素子に平行な部位を有し、
前記地線素子は、前記筐体の厚み方向において、少なくとも前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位よりも前記操作部より離れた部位を有することを特徴とする携帯無線機。
前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位が、前記筐体の厚み方向に対して平行に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位以外は、面が略直交の関係であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線機。
前記地線素子を、その地線放射部が前記筐体の前記操作部が設けられている側の面と略平行になるように配置したことを特徴とする請求項３に記載の携帯無線機。
前記アンテナ素子と前記地線素子の平行な部位以外は、互いの向きを反対の方向に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線機。