JP2007336038A - 携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、例えば、左手通話のように、携帯電話を傾けて通話する場合に、アンテナ利得を改善することができる携帯端末を提供する。
【解決手段】互いに対向する一端と他端を有する平面形状のグランド１と、グランド１の一端の隅方向に偏在してグランド１と接続されるアンテナ２と、グランド１の他端の隅方向に偏在してグランド１と接続されるグランド延長部９と、グランド１とグランド延長部９との間に介在するスイッチ８と、携帯端末の傾きを検出するセンサー７と、センサー７が検出した携帯端末の傾きに応じて、スイッチ８を制御する制御部６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末に関するものであり、アンテナを有する携帯端末に関する。

携帯端末用のアンテナ、例えば、携帯電話用のアンテナは、携帯性、デザイン性から、ここ数年でますます内蔵化が進んでいる。この内蔵アンテナにはアンテナ容積の小型、薄型化の観点から、アンテナの電気長が通信電波の約λ／４のモノポールアンテナや逆Ｆアンテナが用いることが多い。このうち、約λ／４のモノポールアンテナは、広帯域にする必要があることと、小型化が比較的容易であることの理由から携帯電話用アンテナに用いられている。このモノポールアンテナの種類は多様であって、上記内蔵アンテナに限ったものではなく、ホイップアンテナ、ヘリカルアンテナ、メアンダアンテナでも構成することができる。

ホイップアンテナを用いる場合には、ホイップ収納部と携帯電話の無線部、制御部、電池などがオーバーラップすることにより携帯電話の厚みが増すことを避けるため、通常、ホイップアンテナは、携帯電話の左端、または、右端に配置される。また、携帯電話上部へ突起したヘリカルアンテナ、メアンダアンテナでは、上記ホイップアンテナのように厚みが増す問題は無いが、デザイン上の観点から、これらもホイップアンテナと同様、携帯電話の左端、または、右端に配置される。

これに伴い、アンテナ、例えば、ホイップアンテナに高周波電流を流すアンテナ給電点は、携帯端末の長方形状の外周辺中央ではなく、角部に設けられる。このアンテナ給電点は、さらにグランド（例えば、携帯電話内の長方形状の基板、シールド）にも高周波電流を流して、グランドをアンテナの一部として用いる。高周波電流をグランド上に流すと、アンテナ給電点からグランドの対角方向に向かって流れる。その結果、ホイップアンテナとグランドによってアンテナが構成されることになり、携帯電話が小型であっても、アンテナ長（電気長）を効率よくとることができる。このため、内蔵アンテナにおいても、アンテナ給電点は携帯電話の左端、または、右端に配置されることが多い。このような従来の携帯電話は、ホイップアンテナ上で電流が流れる方向とグランド上で電流が流れる方向とのベクトル合成で表される方向と同じ偏波方向を有する通信電波を、高いアンテナ利得で受信することができる。

一方、携帯電話における通話は、従来の固定電話と異なり、右手でダイヤルし、左手で通話するだけでなく、右手でダイヤルし、そのまま右手で通話する場合がある。このため、どちらの手で持って通話しても良好なアンテナ特性、つまり、高いアンテナ利得を得る必要がある。この問題を解決するため、特許文献１には、２方向において通信電波を高いアンテナ利得で受信できるように２つのアンテナを設け、それぞれのアンテナで受信した電波強度を比較し、電波強度が強い方のアンテナを用いて通信電波を受信する携帯電話が記載されている。特許文献２には、ホイップアンテナを物理的に曲げて変形させることにより、複数方向において通信電波を高いアンテナ利得で受信する携帯電話が記載されている。こうして、通話時に良好なアンテナ利得を得ることができる。

特開２００４−２２９０４８号公報 国際公開第ＷＯ０１−０５２３４９号パンフレット

しかしながら、特許文献１の発明では、２つ折りの携帯電話でのみしか使用できないという問題点があった。また、特許文献２の発明では、曲げなどの物理的に変形可能なホイップアンテナにおいてのみ有効であり、固定のヘリカルアンテナ、メアンダアンテナ、内蔵アンテナでは使用できないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、左手通話、右手通話のように、携帯電話を傾けて通話する場合に、アンテナ利得を改善することができる携帯端末を得ることを目的とする。

本発明に係る携帯端末は、互いに対向する一端と他端を有する平面形状のグランドと、前記一端の隅方向に偏在して前記グランドと接続されるアンテナと、前記他端の隅方向に偏在して前記グランドと接続されるグランド延長部と、前記グランドと前記グランド延長部との間に介在するスイッチと、携帯端末の傾きを検出するセンサーと、前記センサーが検出した携帯端末の傾きに応じて、前記スイッチを制御する制御部とを備える。

本発明の携帯端末によれば、２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、例えば、左手通話において、携帯電話を傾けて通話する場合に、アンテナ利得を改善することができる。

本発明に係る携帯端末について説明する前に、従来の携帯端末について説明する。なお、以下、携帯端末を携帯電話に用いたものとして説明する。図７は、従来の携帯電話を左手に持って通話（左手通話）した図である。携帯電話は、代表的な構成のみ示されており、例えば、携帯電話内の基板、シールドで構成されるグランド１と、グランドの一端の隅方向に偏在して設けられたアンテナであるホイップアンテナ２と、グランド１、および、ホイップアンテナ２に高周波電流を供給するアンテナ給電点４とを備える。

携帯電話を手で持って通話する場合は、図７のように、携帯電話は水平方向からおよそ３０度傾けて使用されることが多い。このように構成、配置された携帯電話では、ホイップアンテナ上で電流が流れる方向（実線矢印）と、グランド上で電流が流れる方向（実線矢印）とのベクトル合成で表される方向（点線矢印）と同じ偏波方向を有する電波信号を、高いアンテナ利得で受信することができる。図７と同様に、携帯電話を右手に持って通話（右手通話）した場合の図を図８に示す。

現在、基地局から発信される通信電波の主偏波方向は垂直方向である。しかし、図７、図８に示したように、左手通話も右手通話も受信できる偏波方向が垂直でないため、どちらも最適にアンテナ利得が得られていないが、特に右手通話のほうがアンテナ利得は悪い。図９に座標系、および、ｘｚ面内のアンテナ放射パターンを示す。右手通話時は、図の「ａ．右手通話のアンテナ利得」に対応しており、左手通話時は、図の「ｂ．左手通話のアンテナ利得」に対応している。このように、従来の携帯電話では、左手通話も右手通話も最適にアンテナ利得が得られていないが、右手通話は左手通話よりもアンテナ利得が悪い。次に、本発明に係る携帯電話について説明する。

＜実施の形態１＞
本発明に係る携帯電話の背面視図、および、携帯電話の下端から視た図を図１に示す。本発明に係る携帯電話は、図に示すように、グランド１と、ホイップアンテナ２と、グランド１、および、ホイップアンテナ２に高周波電流を供給するアンテナ給電点４と、アンテナ給電点４で処理される通信電波と携帯電話に用いられる電気信号とを双方向に変換する無線部５と、制御部６と、重力センサー７と、偏波改善手段を構成するスイッチ８およびグランド延長部９とを備える。

グランド１は、図のように、互いに対向する一端と他端を有する平面形状に形成されている。このグランド１は、例えば、携帯電話内の基板、シールドで構成される。アンテナであるホイップアンテナ２は、グランド１の隅方向に偏在してグランド１と接続される。本実施の形態では、ホイップアンテナ２は、グランド１の左端に偏在してグランド１と接続されている。また、アンテナにはホイップアンテナ２を用いているが、これに限ったものではなく、ヘリカルアンテナ、メアンダアンテナ、逆Ｆアンテナ、内蔵アンテナであったもよい。

携帯電話の傾きを検出するセンサーである重力センサー（加速度センサー）７は、例えば、加速度を検出する構成によって静止時には重力の向きを検出し、その向きにより携帯電話の傾きを検出する。ここでは、図１の配置から図７のように携帯電話が時計回りに傾いた場合には、携帯電話から右向きに重力が働いていることを検出することで、携帯電話が図１の配置から携帯電話が時計回りに傾いたことを検出する。同様に、図１の配置から図８のように携帯電話が反時計回りに傾いた場合には、携帯電話から左向きに重力が働いていることを検出することで、携帯電話が図１の配置から携帯電話が時計回りに傾いたことを検出する。

偏波改善手段を図４に示す。図のように、偏波改善手段３は、スイッチ８と、グランド延長部９と、グランド抜き１３から構成される。グランド延長部９は、グランド１の他端の隅方向に偏在してグランド１と接続される。ここでは、グランド延長部９は、ホイップアンテナ２と対角方向に偏在してグランド１と接続される。なお、図ではグランド延長部９を棒状の導体を用いているが、うまく設計すれば導電板を用いてもよい。

スイッチ８は、グランド１とグランド延長部９との間に介在する。そして、グランド抜き１３は絶縁体であり、例えば、表面、および、内側に銅を有さないプリント基板であるＦＲ４（Flame Retardant type 4）が用いられる。図のように、スイッチ８とグランド延長部９はグランド抜き１３の上に形成されているため、スイッチ８がＯＮの場合には、グランド１とグランド延長部９が電気的に接続され、グランド延長部９にも電流が流れるようになる。スイッチ８がＯＦＦの場合には、グランド１とグランド延長部９が電気的に非接続となり、グランド延長部９には電流が流れなくなる。このスイッチ８は、ＯＮ時の抵抗が低く、ＯＦＦ時の容量が小さければ、ＳＰＤＴスイッチ、ＰＩＮダイオード、ＭＥＭＳなどであってもよい。

図１に示す制御部６は、携帯電話が通話状態であるかどうかを検知し、通話状態時には、重力センサー７が検出した携帯電話の傾きに応じて、スイッチ８を制御する。具体的には、図１の配置から図７のように携帯電話が時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ８をＯＮする制御を行う。一方、図１の配置から図８のように携帯電話が反時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ８をＯＦＦする制御を行う。

このように構成すると、左手通話の場合には、重力センサー７が携帯電話が時計回りに傾いたことを検出し、それに応じて制御部６はスイッチ８をＯＮする。このため、グランド１にグランド延長部９が電気的に付加される。この場合、グランド１の寸法を長さ１００ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み２ｍｍとし、ホイップアンテナ２の寸法を長さ２７ｍｍ、φ１ｍｍとして、２ＧＨｚ用のアンテナを構成し、グランド延長部１１の寸法をｘ方向１０ｍｍ、ｙ方向１０ｍｍ、φ１ｍｍとした場合には、アンテナ利得を０．６ｄＢ改善することができた。

一方、右手通話の場合には、重力センサー７が携帯電話が反時計回りに傾いたことを検出し、それに応じて制御部６はスイッチ８をＯＦＦする。この場合、放射パターンは偏波改善手段３がない従来のものと同じとなる。こうして、本実施の形態に係る携帯電話によれば、２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、右手通話においては従来と同じアンテナ利得を維持する一方、左手通話においてはアンテナ利得を向上させることができた。

＜実施の形態２＞
本発明に係る携帯電話の背面視図、および、携帯電話の下端から視た図を図２に示す。本発明に係る携帯電話は、図に示すように、実施の形態１のスイッチ８、グランド延長部９の代わりに、それらと異なる位置にスイッチ１０、グランド延長部１１が設けられている。そのため、本実施の形態において、下記で新たに説明しない構成については、実施の形態１の構成と同一であるものとする。

偏波改善手段３は、スイッチ１０と、グランド延長部１１と、グランド抜き１３から構成される。これに対応する図は、図４を鏡面対称にした図であるため、スイッチ１０およびグランド延長部１１に対応する番号を重ねて図４に表示する。以下、図５、図６においても同様である。グランド延長部１１は、グランド１の他端の隅方向に偏在してグランド１と接続される。本実施の形態では、図２のように、グランド延長部１１は、ホイップアンテナ２と同じ方向に偏在してグランド１と接続される。スイッチ１０は、グランド１とグランド延長部１１との間に介在する。スイッチ８の動作と同じように、スイッチ１０がＯＮの場合には、グランド１とグランド延長部１１が電気的に接続され、グランド延長部１１にも電流が流れるようになる。スイッチ１０がＯＦＦの場合には、グランド１とグランド延長部１１が電気的に非接続となり、グランド延長部１１には電流が流れなくなる。

図２に示す制御部６は、同上重力センサー７が検出した携帯電話の傾きに応じて、スイッチ１０を制御する。具体的には、図２の配置から図７のように携帯電話が時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ１０をＯＦＦする制御を行う。一方、図２の配置から図８のように携帯電話が反時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ１０をＯＮする制御を行う。

このように構成すると、右手通話の場合には、重力センサー７が携帯電話が反時計回りに傾いたことを検出し、それに応じて制御部６はスイッチ１０をＯＮする。このため、グランド１にグランド延長部１１が電気的に付加される。この場合、実施の形態１と同じ寸法を有するグランド１とホイップアンテナ２を用いて２ＧＨｚ用のアンテナを構成し、グランド延長部１１の寸法を−ｘ方向２０ｍｍ、ｙ方向１０ｍｍ、φ１ｍｍとした場合には、アンテナ利得を１．６ｄＢ改善することができた。

一方、左手通話の場合には、重力センサー７が携帯電話が時計回りに傾いたことを検出し、それに応じて制御部６はスイッチ１０をＯＦＦする。この場合、放射パターンは偏波改善手段３がない従来のものと同じとなる。こうして、本実施の形態に係る携帯電話によれば、２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、左手通話においては従来と同じアンテナ利得を維持する一方、右手通話おいてはアンテナ利得を向上させることができた。なお、アンテナ利得が実施の形態１よりも大きく改善したのは、グランド延長部１１に電流が流れることにより、グランド１で電流が流れる方向が変化するため、ホイップアンテナ上で電流が流れる方向とのベクトル合成が重心方向に傾いためであると考えられる。

＜実施の形態３＞
本発明に係る携帯電話の背面視図、および、携帯電話の下端から視た図を図３に示す。本発明に係る携帯電話は、図に示すように、グランド延長部は、ホイップアンテナ２と同じ方向に偏在してグランド１と接続される第１のグランド延長部であるグランド延長部９と、ホイップアンテナ２と対角方向に偏在してグランド１と接続される第２のグランド延長部であるグランド延長部１１とを含む構成となっている。そして、スイッチは、グランド１とグランド延長部９，１１との間にそれぞれ介在する第１，２のスイッチであるスイッチ８，１０を含む構成となっている。つまり、実施の形態１のスイッチ８、グランド延長部９と、実施の形態２のスイッチ１０、グランド延長部１１の両方が設けられた構成となっている。

図３に示す制御部６は、同上重力センサー７が検出した携帯電話の傾きに応じて、スイッチ８とスイッチ１０を制御する。具体的には、図３の配置から図７のように携帯電話が時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ８をＯＮにし、スイッチ１０をＯＦＦする制御を行う。一方、図３の配置から図８のように携帯電話が反時計回りに傾いたことを重力センサー７が検出した場合には、制御部６はスイッチ８をＯＦＦにし、スイッチ１０をＯＮする制御を行う。

このように構成された携帯電話は、左手通話の場合には、実施の形態１でスイッチ８をＯＮした状態と同一となり、右手通話の場合には、実施の形態２でスイッチ１０をＯＮした状態と同一の状態となる。その結果、実施の形態１と同じ寸法を有するグランド１とホイップアンテナ２を用いて２ＧＨｚ用のアンテナを構成し、実施の形態１と同じ寸法を有するグランド延長部９を設けた場合には、左手通話においてアンテナ利得を０．６ｄＢ改善することができる。さらに、実施の形態２と同じ寸法を有するグランド延長部１１を設けた場合には、右手通話のアンテナ利得を１．６ｄＢ改善することができる。このように、本実施の形態に係る携帯電話によれば、２つ折り携帯電話やホイップアンテナに限られず、左手通話、および、右手通話の両方において、アンテナ利得を向上させることができる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態に係る携帯電話の偏波改善手段３の構成を図５に示す。本実施の形態では、所定の周波数を有する電流を遮断するフィルター１２が設けられている。図５では、グランド１とスイッチ８，１０との間に、所定の周波数を有する電流を遮断するフィルター１２を備える。このフィルターの位置は、図の場所に限ったものではなく、スイッチ８，１０とフィルター１２の位置は入れ替わってもよく、グランド延長部９，１１の途中にフィルター１２を設けてもよい。これらのことをまとめると、グランド１とグランド延長部９，１１の自由端との間に、所定の周波数を有する電流を遮断するフィルター１２を備えるということになる。フィルター１２は、例えば、８００Ｈｚ／２ＧＨｚのデュアルバンドの携帯電話において８００Ｈｚの電流を遮断する並列共振回路から構成される。

このように構成すれば、グランド延長部９，１１には、８００Ｈｚの電流は流れなくなるため、８００Ｈｚの通信電波のアンテナ利得は従来と同じとなる一方、２ＧＨｚの通信電波についてはアンテナ利得を改善することができる。こうして、２ＧＨｚの通信電波を受信する場合には、２ＧＨｚの通信電波のアンテナ利得を改善することにより、８００Ｈｚの通信電波から受ける影響を相対的に少なくすることができる。

＜実施の形態５＞
本実施の形態に係る携帯電話の偏波改善手段３の構成を図６に示す。上記で示した実施の形態と異なり、グランド延長部９，１１の途中に第３のスイッチであるスイッチ１４を備える。このスイッチ１４は、例えば、８００Ｈｚ／２ＧＨｚのデュアルバンドの携帯電話において、８００Ｈｚの通信電波を使用する場合には、スイッチ８，１０を上記で示した実施の形態と同じように制御し、さらに、スイッチ１４をＯＮにしてグランド延長部９，１１内を流れる電流の経路を長くする。一方、２ＧＨｚの通信電波を使用する場合には、スイッチ８，１０を上記で示した実施の形態と同じように制御し、さらにスイッチ１４をＯＦＦにしてグランド延長部９，１１内を流れる電流の経路を短くする。このスイッチ１４は、ＯＮ時の抵抗が低く、ＯＦＦ時の容量が小さければ、ＳＰＤＴスイッチ、ＰＩＮダイオード、ＭＥＭＳなどであってもよい。

このように構成すれば、使用する通信電波が８００Ｈｚあるいは２ＧＨｚのいずれかである場合に応じて、グランド延長部９，１１内を流れる電流の経路の長さを変更することができる。そのため、その電流の経路の長さを、それぞれの通信電波の周波数に対してアンテナ利得がよくなる長さにうまく設計すれば、８００Ｈｚと２ＧＨｚの両方の周波数において、アンテナ利得をそれぞれ良好にすることができる。なお、複数の周波数に対してアンテナ利得を良好にする場合には、それらの周波数に応じた箇所にスイッチをそれぞれ設ければよい。

実施の形態１に係る携帯電話を示す背面視図および下端から視た図である。 実施の形態２に係る携帯電話を示す背面視図および下端から視た図である。 実施の形態３に係る携帯電話を示す背面視図および下端から視た図である。 実施の形態１に係る携帯電話の偏波改善手段を示す図である。 実施の形態４に係る携帯電話の偏波改善手段を示す図である。 実施の形態５に係る携帯電話の偏波改善手段を示す図である。 左手で携帯電話を持って通話するときの様子を示す図である。 右手で携帯電話を持って通話するときの様子を示す図である。 従来の携帯電話の放射パターンとその座標軸を示す図である。

符号の説明

１ グランド、２ ホイップアンテナ、３ 偏波改善手段、４ アンテナ給電点、５ 無線部、６ 制御部、７ 重力センサー、８，１０，１４ スイッチ、９，１１ グランド延長部、１２ フィルター、１３ グランド抜き。

Claims (6)

1. 互いに対向する一端と他端を有する平面形状のグランドと、
   前記一端の隅方向に偏在して前記グランドと接続されるアンテナと、
   前記他端の隅方向に偏在して前記グランドと接続されるグランド延長部と、
   前記グランドと前記グランド延長部との間に介在するスイッチと、
   携帯端末の傾きを検出するセンサーと、
   前記センサーが検出した携帯端末の傾きに応じて、前記スイッチを制御する制御部とを備える、
   携帯端末。
2. 前記グランド延長部は、前記アンテナと対角方向に偏在して前記グランドと接続される、
   請求項１に記載の携帯端末。
3. 前記グランド延長部は、前記アンテナと同じ方向に偏在して前記グランドと接続される、
   請求項１に記載の携帯端末。
4. 前記グランド延長部は、
   前記アンテナと対角方向に偏在して前記グランドと接続される第１のグランド延長部と、前記アンテナと同じ方向に偏在して前記グランドと接続される第２のグランド延長部とを含み、
   前記スイッチは、
   前記グランドと前記第１，２のグランド延長部との間にそれぞれ介在する第１，２のスイッチを含む、
   請求項１に記載の携帯端末。
5. 前記グランドと前記グランド延長部の自由端との間に、所定の周波数を有する電流を遮断するフィルターをさらに備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の携帯端末。
6. 前記グランド延長部の途中に第３のスイッチをさらに備える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の携帯端末。
   

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