JP5526736B2 - スロットアンテナ及びこれを備えている無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、スロットが形成されている導電性板を有するスロットアンテナ、及びこれを備えている無線通信端末に関する。

近年、携帯無線通信端末の小型・薄型化に伴い、携帯無線通信端末の剛性を確保するため金属製筐体を用いる技術が幾つか開示されている。また、携帯無線通信端末に搭載されるアンテナは、そのデザイン性や破損の問題から内蔵化が進んでいる。

ところで、無線通信端末の筐体を全て金属性にした上で、アンテナを内蔵すると、このアンテナは機能しなくなる。そこで、例えば、以下の特許文献１では、金属筐体の一部に切り込み、つまりスロットを形成し、この金属筐体をアンテナの共振体の一部として活用する技術が開示されている。

特開平１１−４６１１５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、金属筐体にユーザの手が触れると、人体に蓄積されていた電荷が、アンテナの共振体の一部である金属筐体に流れ込み、この流れ込んだ電荷の影響で、このアンテナを備えている無線通信端末に誤動作や故障が生じることがある、という問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、端末としての動作の安定化を図ることができるスロットアンテナ、及びこれを備えている無線通信端末を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するため、本発明に係るスロットアンテナは、筐体内に配置され、スロットが形成された導電性の共振体と、前記筐体外へ電波放射可能に、該筐体内に配置され又は該筐体の一部として配置され、前記共振体と容量性結合された導電性の電波放射体と、を備え、前記共振体は、互いに対向している第一導体板及び第二導体板と、該第一導体板の複数の辺部のうちの一辺部と対向している該第二導体板の一辺部とを接続する接続導体板と、を有し、前記第一導体板には、該第一導体板の複数の辺部のうち、該第一導体板の前記一辺部と対向している開放側辺部から該一辺部の方向に向かって伸びる前記スロットが形成され、前記共振体の前記第二導体板と前記電波放射体とが前記容量性結合されていることを特徴とするものである。

本発明では、共振体が筐体の内部に収納され、この共振体に、人体等から静電気の直流電流が流れ込まない構造になっているため、静電気の影響で、無線通信端末に誤動作や故障が生じることを回避することができる。このため、本発明では、端末としての動作の安定化を図ることができる。

本発明に係る第一実施形態における無線通信端末の要部切欠き斜視図である。 本発明に係る第一実施形態におけるスロットアンテナの周波数範囲を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態の変形例におけるスロットアンテナの断面図である。 本発明に係る第二実施形態における無線通信端末の要部切欠き斜視図である。

以下、本発明に係る無線通信端末の各種実施形態について、図面を用いて説明する。

「第一実施形態」
まず、図１及び図２を用いて、本発明に係る無線通信端末の第一実施形態について説明する。

本実施形態の無線通信端末は、図１に示すように、アンテナの一部を構成する共振体１０と、無線通信を行うための各種回路や素子等が設けられている回路基板２０と、これらを収納する筐体３０と、を備えている。

共振体１０は、互いに対向し且つ平行な矩形の第一導体板１１及び第二導体板１２と、第一導体板１１の長辺１１ｂと対向している第二導体板１２の長辺１２ｂとを接続する矩形の接続導体板１３と、を有し、断面がコの字型を成している。

矩形の第一導体板１１には、その一対の長辺１１ａ，１１ｂのうちで、接続導体板１３と接続されていない開放側長辺１１ａから、接続導体板１３と接続されている接続側長辺１１ｂに向かって伸びるスロット１４が形成されている。このスロット１４は、第一導体板１１の開放側長辺１１ａの位置のスロット開放端１４ｏと、第一導体板１１の接続側長辺１１ｂ近傍の位置のスロット終端１４ｅと、スロット開放端１４ｏからスロット終端１４ｅまで伸びる互いに平行な一対の縁辺１４ａ，１４ｂとを縁として形成されている。

無線通信端末の筐体３０は、本実施形態では、扁平直方体形状を成している。この筐体３０は、導電性の金属板３１と、この金属板３１を部分的に覆う樹脂３２とを有している。金属板３１は、無線通信端末の筐体３０の剛性を確保するために十分な面積及び厚さを有している。

この金属板３１には、共振体１０の第二導体板１２が絶縁性の高い接着剤４０により接着されている。このように、共振体１０の第二導体板１２と筐体３０の金属板３１とが絶縁性の高い接着剤４０により接着されていることにより、共振体１０と筐体３０の金属板３１とは容量性結合されていることになる。なお、共振体１０と筐体３０の金属板３１に用いる接着剤４０としては、例えば、絶縁性接着剤の一種であるエポキシ系接着剤がある。

本実施形態では、以上で説明した筐体３０内の共振体１０と、筐体３０の金属板３１とを有して、スロットアンテナを形成している。

回路基板２０上には、高周波発信器を含む送受信回路２５と、可変容量素子２７とが搭載されている。さらに、回路基板２０上には、図示されていないが、各種制御等を行うための演算素子、記憶素子、電源回路等が搭載されている。

送受信回路２５は、同軸ケーブル２６により、共振体１０のスロット終端１４ｅ側に電気的に接続されている。より具体的には、同軸ケーブル２６の芯線２６ａは、第一導体板１１のスロット終端１４ｅからわずかにスロット開放端１４ｏ寄りであって、スロット１４の一対の縁辺１４ａ，１４ｂのうち一方の縁辺１４ａに沿った位置に接続されている。また、同軸ケーブル２６の外部導体２６ｂは、スロット１４の一方の縁辺１４ａ，１４ｂのうちの他方の縁辺１４ｂに沿った位置で、且つ芯線２６ａが接続されている位置と対向する位置に接続されている。すなわち、同軸ケーブル２６の芯線２６ａと外部導体２６ｂは、第一導体板１１のスロット終端１４ｅ近傍に、スロット１４を跨ぐように接続されている。

可変容量素子２７は、第一出力端子２７ａと第二出力端子２７ｂと制御端子２７ｃとを有している。この可変容量素子２７は、制御端子２７ｃに入力した制御信号に応じて、第一出力端子２７ａに接続された導体と第二出力端子２７ｂに接続された導体との間の静電容量を変える素子である。可変容量素子２７の第一出力端子２７ａと第二出力端子２７ｂとは、第一導体板１１のスロット開放端１４ｏ近傍に、スロット１４を跨ぐように接続されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

スロットアンテナの共振体１０は、スロット開放端１４ｏとスロット終端１４ｅとの間の長さをｄ１とした場合、波長がｄ１／４、共振周波数がｆ１で共振する。また、この共振体１０は、第一導体板１１の開放側長辺１１ａから接続導体板１３までの距離をｄ２とした場合、波長がｄ２／４、共振周波数がｆ２で共振する。すなわち、この共振体１０は、切れ込み長さがｄ１のスロット１４の他に、第一導体板１１と第二導体板１２と接続導体板１３で形成され、切れ込み長さがｄ２のスロットが存在し、各スロットの切れ込み長さｄ１，ｄ２に応じた共振周波数ｆ１，ｆ２で共振する。

このように、本実施形態では、共振体１０が複共振アンテナ構造を成し、図２に示すように、複数の共振周波数ｆ１，ｆ２で共振するため、広い動作周波数帯域を確保することができる。

しかも、本実施形態では、可変容量素子２７へ入力される制御信号に応じて、可変容量素子２７の第一出力端子２７ａに接続された導体と第二出力端子２７ｂに接続された導体との間の静電容量、つまり、スロット１４の一対の縁辺１４ａ，１４ｂのうち、一方の縁辺１４ａ近傍の導体部と、他方の縁辺１４ｂ近傍の導体部との間の静電容量が変わり、共振周波数ｆ１が変化するため、より広い動作周波数帯域を確保することができる。

ところで、前述したように、共振体１０の第二導体板１２と筐体３０の金属板３１とは、絶縁性の高い接着剤４０により接着されている。このため、共振体１０と筐体３０の金属板３１とは、薄い接着剤４０を介して対向配置されるため、高周波的にインピーダンスが低くなり、高周波的には接続されている状態になる。従って、送受信回路２５からの高周波電流に応じて、共振体１０で生成された高周波アンテナ電流は、接着剤４０を介して、筐体３０の金属板３１に流れ込み、この金属板３１全体から電波が放射される。すなわち、筐体３０の金属板３１は、電波放射体として機能する。よって、本実施形態のスロットアンテナは、送受信回路２５の送受信アンテナとして機能する。

ここで、共振体１０の第二導体板１２と筐体３０の金属板３１との間の静電容量をＣ、共振体１０の周波数をｆ、共振体１０の第二導体板１２と筐体３０の金属板３１との間の接続面積をＳ、接着剤４０の厚みをｔ、接着剤４０の比誘電率をεｒ、とすると、共振体１０と筐体３０の金属板３１との間のインピーダンスＺは、以下の式に示すように表すことができる。なお、接続面積Ｓは、ここでは、第二導体板１２の金属板３１と向かい合っている面の面積である。

Ｚ＝１／（２πｆ・Ｃ）
＝１／〔２πｆ（ε０×εｒ×Ｓ／ｔ）〕 （∵ Ｃ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｔ）
＝ｔ／〔２πｆ（ε０×εｒ×Ｓ）〕

この式が示すように、共振体１０と筐体３０の金属板３１との間のインピーダンスＺは、接触面積Ｓが広く、接着剤４０の厚さｔが薄く、接着剤４０の比誘電率εｒが高いほど、小さくなり、高周波アンテナ電流が通り易くなる。このため、本実施形態では、接着剤４０の厚さｔを薄くし、接着剤４０として比誘電率εｒが比較的高いものを用いている。

以上のように、本実施形態では、共振体１０が筐体３０内に収納されている。しかも、本実施形態では、電波放射体である筐体３０の金属板３１には絶縁性の高い接着剤４０で接着されているため、共振体１０と筐体３０の金属板３１との間には高周波アンテナ電流が流れるものの、直流電流は流れない。したがって、仮に、筐体３０の金属板３１がユーザの手に触れるような構造であっても、人体に蓄積された静電気の直流電流が、無線通信端末の内部に流れ込まず、端末としての動作を安定化させることができる。

さらに、特許文献１に記載の技術では、金属筐体が共振体の一部を成している関係で、この金属筐体と回路基板のグランドとの間で直流電流が流れるように、両者を電気的に接続しているため、人体に蓄積された静電気の直流電流が金属筐体から回路基板のグランドに流れ込み、この回路基板に搭載されている部品の機能を損なうことがある。しかしながら、本実施形態では、筐体３０の金属板３１は、共振体の一部ではなく、共振体１０と容量性結合して単に電波放射体としての機能を備えていればよいため、回路基板２０のグランドとの間で直流電流が流れるように電気的に接続されていない。よって、本実施形態では、人体に蓄積された静電気の直流電流が筐体３０の金属板３１から回路基板２０のグランドに流れ込むことを回避することができる。

次に、図３を用いて、本実施形態の変形例について説明する。

本変形例は、共振体１０ｓの第二導体板１２ｓで、筐体３０ｓの金属板３１ｓと向かい合っている面は、筐体３０ｓの金属板３１ｓに向かって凹凸形状を成し、筐体３０ｓの金属板３１ｓで、第二導体板１２ｓと向かい合っている面は、第二導体板１２ｓの凹凸形状を成している部分と対向している部分が第二導体板１２ｓに向かって凸凹形状を成している。そして、第二導体板１２ｓの凹凸形状の凹部が金属板３１ｓの凸凹形状の凸部と対向し、第二導体板１２ｓの凹凸形状の凸部が金属板３１ｓの凸凹形状の凹部と対向するよう、共振体１０ｓの第二導体板１２ｓと筐体３０ｓの金属板３１ｓとが接着剤４０で接着されている。

前述したように、共振体１０ｓと筐体３０ｓの金属板３１ｓとの間のインピーダンスＺは、接触面積Ｓが広くなるほど、小さくなり、高周波アンテナ電流が通り易くなる。このため、本変形例では、共振体１０ｓの第二導体板１２ｓに凹凸形状を形成し、筐体３０ｓの金属板３１ｓに凸凹形状を形成することで、共振体１０ｓを大型化させずに、共振体１０ｓの第二導体板１２ｓと筐体３０ｓの金属板３１ｓとの間の接続面積Ｓを広げることができ、高周波アンテナ電流をより通し易くすることができる。

また、本変形例では、第二導体板１２ｓの凹部が金属板３１ｓの凸部と対向し、第二導体板１２ｓの凸部が金属板３１ｓの凹部と対向するため、筐体３０ｓの金属板３１ｓに対して共振体１０ａを容易且つ正確に位置決めすることができる。
なお、第一実施形態及びその変形例において、筐体の一部にのみを金属板で形成したが、筐体の全てを金属で形成してもよい。

「第二実施形態」
次に、図４を用いて、本発明に係る無線通信端末の第二実施形態について説明する。

本実施形態の無線通信端末も、第一実施形態と同様、図４に示すように、アンテナの一部を構成する共振体１０と、無線通信を行うための各種回路や素子等が設けられている回路基板２０ｂと、これらを収納する筐体３０ｂと、を備えている。

共振体１０は、第一実施形態の共振体１０と同一形状である。この共振体１０の第二導電板１２は、絶縁性の高い接着剤４０で、回路基板２０ｂに接着されている。回路基板２０ｂは、グランドとなる導電性の金属層２１と、この金属層２１の両面に接合されている絶縁層２２ａ，２２ｂと有している。共振体１０の第二導体板１２は、この回路基板２０ｂの絶縁層２２ａ上であって、グランドとなる金属層２１が存在する領域と対応する領域に、接着剤４０で接着されている。このように、共振体１０の第二導体板１２と回路基板２０ｂの金属層２１とが絶縁性の高い接着剤４０により接着されていることにより、共振体１０と回路基板２０ｂの金属層２１とは容量性結合されていることになる。よって、本実施形態では、回路基板２０ｂの金属層２１が電波放射体として機能し、この金属層２１と共振体１０とを有してスロットアンテナを構成している。

このように、本実施形態では、回路基板２０ｂの金属層２１を電波放射体として機能させている関係上、筐体の全てを金属で形成した場合、筐体外に電波を放射させることができないため、筐体３０ｂの限定された部分にのみを金属板３１ｂで形成し、残りの部分を全て樹脂３２ｂで形成している。具体的に、筐体３０ｂのうちで、共振体１０と金属層２１とが対向している領域には、少なくとも、金属板３１ｂが存在しないようにすることが好ましい。なお、本実施形態において、筐体３０ｂの一部として必ずしも金属板３１ｂを用いる必要はなく、筐体の全てを樹脂で形成してもよい。

以上のように、本実施形態は、回路基板２０ｂの金属層２１を電波放射体として機能させていることを除いて、第一実施形態と基本的に同様の構成であるため、広い動作周波数領域を確保できると共に、人体に蓄積された静電気の直流電流が、筐体３０ｂを介して、回路基板２０ｂのグランドである金属層２１や共振体１０に流れ込まず、回路基板２０ｂに搭載させる部品の機能の損傷等の防止及び端末としての動作の安定化を図ることができる。

なお、以上の各実施形態及び変形例では、いずれも、共振体の第一導電板及び第二導体板が矩形であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、第一導体板にスロットが形成され、さらに、第一導体板と第二導体板と接続導体板とでコの字型のスロット構造が形成されるのであれば、如何なる形状であってもよい。

また、以上の各実施形態及び変形例の共振体は、いずれも、第一導体板、第二導体板、接続導体板を有し、第一導体板にスロットが形成され、さらに、第一導体板と第二導体板と接続導体板とでコの字型のスロット構造が形成されるものであるが、これに限定されず、導体板にスロットが形成されるものを共振体とし、この共振体と電波放射体としての金属板とを容量性結合させてもよい。この場合、以上の各実施形態及び変形例のように、共振体が複共振アンテナ構造にならない場合もあり、この場合には、広い動作周波数領域を確保できないが、回路基板２０ｂに搭載させる部品の機能の損傷等の防止及び端末としての動作の安定化を図ることは可能である。

さらに、以上の各実施形態では、可変容量素子２７を設けているが、この可変容量素子２７は設けなくてもよい。但し、動作周波数領域をより広めるという観点からは、この可変容量素子２７を設けることが好ましい。

１０：共振体、１１：第一導体板、１１ａ：開放側長辺、１１ｂ：接続側長辺、１２，１２ｓ：第二導体板、１３：接続導体板、１４：スロット、２０，２０ｂ：回路基板、２５：送受信回路、２７：可変容量素子、３０，３０ｂ：筐体、３１，３１ｂ：金属板、３２，３２ｂ：樹脂、４０：接着剤

Claims (7)

1. 筐体を備えている無線通信端末のスロットアンテナにおいて、
   前記筐体内に配置され、スロットが形成された導電性の共振体と、
   前記筐体外へ電波放射可能に、該筐体内に配置され又は該筐体の一部として配置され、前記共振体と容量性結合された導電性の電波放射体と、
   を備え、
   前記共振体は、互いに対向している第一導体板及び第二導体板と、該第一導体板の複数の辺部のうちの一辺部と対向している該第二導体板の一辺部とを接続する接続導体板と、を有し、
   前記第一導体板には、該第一導体板の複数の辺部のうち、該第一導体板の前記一辺部と対向している開放側辺部から該一辺部の方向に向かって伸びる前記スロットが形成され、
   前記共振体の前記第二導体板と前記電波放射体とが前記容量性結合されている、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
2. 請求項１に記載のスロットアンテナにおいて、
   前記筐体は、少なくとも一部に導電性の金属板を有し、
   前記筐体の前記金属板は、前記電波放射体として前記第二導体板と容量性結合されている、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
3. 請求項２に記載のスロットアンテナにおいて、
   前記筐体の前記金属板と前記第二導体板とは、絶縁性接着剤で接続されている、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
4. 請求項２及び３のいずれか一項に記載のスロットアンテナにおいて、
   前記第二導体板の前記金属板と向かい合っている面は、該金属板に向かって凹凸形状を成し、
   前記筐体の前記金属板の前記第二導体板と向かい合っている面であって、前記第二導体板の凹凸形状を成している部分と対向している部分は、該第二導体板に向かって凸凹形状を成し、
   前記第二導体板の凹凸形状の凹部が、前記金属板の凸凹形状の凸部と対向し、該第二導体板の凹凸形状の凸部が、前記金属板の凸凹形状の凹部と対向している、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
5. 請求項１に記載のスロットアンテナにおいて、
   前記無線通信端末は、導電材で形成されたグランドと、該グランドを覆う絶縁材とを有する回路基板を備え、
   前記回路基板のグランドは、前記電波放射体として前記第二導体板と容量性結合されている、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のスロットアンテナにおいて、
   第一出力端子と第二出力端子とを有し、制御信号に応じて、該第一出力端子に接続された導体と該第二出力端子に接続された導体との間の静電容量を変える可変容量素子を備え、
   前記可変容量素子の前記第一出力端子は、前記第一導体板の、前記スロットを形成している縁辺のうち、互いに対向している一対の縁辺の一方の縁辺に沿った位置に接続され、前記第二端子は、該一対の縁辺の他方の縁辺に沿った位置に接続されている、
   ことを特徴とするスロットアンテナ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のスロットアンテナと、
   前記スロットアンテナを送受信アンテナとして用いる無線送受信回路と、
   を備えている、
   ことを特徴とする無線通信端末。

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