(57)【要約】【課題】携帯無線機において、携帯無線機のグランドに接続された電子部品がアンテナ近傍に配置されると、アンテナ性能が劣化する。【解決手段】無線部が設けられた回路基板１０２と、回路基板１０２から所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ１０３と、アンテナ１０３に近接して配置された電子部品１０６と、電子部品１０６のグランドと回路基板１０２のグランドとを接続するグランド線１０７と、回路基板１０２に配置された制御回路１１０と電子部品１０６とを接続する信号線１０８とを有する携帯無線機において、グランド線１０７及び信号線１０８の全ての線に装荷されたインダクタンス素子２０１と、電子部品１０６のグランドとアンテナ１０３を接続する電気的接続部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線部が設けられた回路基板と、
前記回路基板から所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に近接して配置された電子部品と、
前記回路基板と前記電子部品とを接続する信号線と、
前記信号線に装荷されたインダクタンス素子と、
前記電子部品のグランドと前記回路基板のグランドとを接続するグランド線と、
前記グランド線に装荷されたインダクタンス素子と、
前記電子部品の一部と前記アンテナ素子を電気的に接続する電気的接続部とを備えた携帯無線機。
【請求項２】
前記電子部品が、前記アンテナ素子の直上に配置された、請求項１に記載の携帯無線機。
【請求項３】
前記電気的接続部は、
前記電子部品のグランドに接続され前記電子部品から突出した接続端子と、前記アンテナ素子上に固定された留め金から構成された、請求項２に記載の携帯無線機。
【請求項４】
前記接続端子は断面Ｌ字状に形成され、
前記留め金は通孔を有し、
当該通孔に前記接続端子が嵌め込まれることにより、前記電子部品及び前記アンテナ素子が電気的及び機械的に接続された、請求項３に記載の携帯無線機。
【請求項５】
前記電気的接続部は、前記電子部品のグランドと前記アンテナ素子を電気的に接続した、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の携帯無線機。
【請求項６】
前記グランド線及び前記信号線において、前記インダクタンス素子を、前記回路基板よりも前記電子部品に近い位置に装荷した、請求項５に記載の携帯無線機。
【請求項７】
前記信号線及び前記グランド線において、前記電子部品よりも前記回路基板に近い位置に装荷した他のインダクタンス素子を更に備えた、請求項５又は請求項６に記載の携帯無線機。
【請求項８】
前記回路基板には整合回路が設けられ、
前記アンテナ素子と前記無線部は、前記整合回路を介して接続された、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の携帯無線機。
【請求項９】
回路基板と、
前記回路基板に電気的に接続されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に近接して配置された電子部品と、
前記回路基板と前記電子部品とを接続する信号線と、
前記信号線に装荷され、無線周波数の電流成分をカットする手段と、
前記電子部品と前記アンテナ素子間における浮遊容量の発生を防止する手段とを備えた携帯無線機。
【請求項１０】
前記防止手段は、前記アンテナ素子と前記電子部品のグランドを短絡する、請求項９に記載の携帯無線機。
【請求項１１】
前記電子部品が、前記アンテナ素子の直上に配置された、請求項１０に記載の携帯無線機。
【請求項１２】
前記回路基板には整合回路が設けられ、
前記アンテナ素子と前記回路基板は、前記整合回路を介して接続された、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の携帯無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯無線機のアンテナに関し、携帯無線機のグランドに接続された電子部品をアンテナ近傍に配置した場合でも高いアンテナ性能が得られる携帯無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の携帯無線機は、基板とアンテナとが出来る限り離れるような構造にすることで、アンテナの実効体積を確保し、高いアンテナ性能を得ている。しかしながら、筐体の小型化に伴い、一部の電子部品を基板に搭載せずにアンテナの近傍に配置し、基板の実装面積を拡張する状況が生じている。電子部品のグランドは基板のグランドと接続されているため、電子部品はグランドとみなされる。したがって、電子部品をアンテナの近傍に配置すると、グランドがアンテナに近接した状態と等価となり、放射抵抗が低下し、アンテナ性能は劣化する。
【０００３】
このような場合のアンテナ性能の改善方法の例を図３に示す。この例では筐体の小型化のため、赤外線通信装置１０６の如き電子部品が、アンテナ１０３の上に設けられている。そして、赤外線通信装置１０６の信号線１０８及びグランド線１０７と、図示しない基板との間にインダクタンス素子２０１が装荷されている。
【０００４】
図４の４０１の曲線は一般的なインダクタンス素子の周波数に対するリアクタンス特性を示したものである。この図から明らかなように、電子部品の信号に使用される周波数が無線周波数に対して十分に低い場合、信号の周波数においては、リアクタンスは低くなり、信号がインダクタンス素子を通過することによる信号への影響はない。言い換えると、電子部品用信号は容易にインダクタンス素子を通過する。一方、インダクタンス素子は周波数が高くなるほどリアクタンスは高くなり、無線周波数においてはほぼ開放（Ｏｐｅｎ）とみなせる。このとき、無線周波数の電流成分はインダクタンス素子を通過できない。
【０００５】
図３の構成では、上記のインダクタンス素子２０１の周波数特性を利用して、インダクタンス素子２０１を信号線１０８及びグランド線１０７に装荷することで、電子部品と基板グランドとの間のインピーダンスを高くし、無線周波数において電子部品とグランドとを非接続の状態にしている。その結果、電子部品を介してアンテナ電流が基板のグランドに流れることを防ぎ、アンテナ性能の劣化が抑えられている。
【０００６】
高周波カット用コイルを信号線に装荷することにより高周波成分の他の部品への影響を除去する構成の例として、特許文献１記載の構成があげられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６５９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、アンテナに近接した電子部品のグランド面（図３では２０４）とアンテナとの間には浮遊容量が発生する（図３では板間距離ｄで示されている）。図５の５０１に示す曲線は、この浮遊容量と、線間に装荷したインダクタンス素子とを合成したインピーダンスの周波数特性を示したものである。これはキャパシタンス素子とインダクタンス素子との直列回路の周波数特性とほぼ等しく、インピーダンスが短絡（ｓｈｏｒｔ）となる共振周波数５０２が存在する。この共振周波数５０２が無線周波数と等しくなった場合、アンテナと基板のグランドとが短絡された状態と等価となり、アンテナ性能が劣化するという課題が発生する。
【０００９】
ところで、共振周波数５０２は、以下の式（１）で表される。ここで、Ｌは装荷インダクタンスを、Ｃは電子部品のグランドとアンテナとの間の浮遊容量を表す。
【００１０】
【数１】
2006049978.tif 000003
【００１１】
式（１）からＬの値を変更することにより共振周波数５０２を変化できることがわかる。しかしながら、Ｌを小さくすることは、電子部品と基板のグランドとを短絡状態に近づけることになり、電子部品がグランドと見なされ、グランドがアンテナに近接することによるアンテナ性能への影響が増加する。また、Ｌを大きくすることにより、共振周波数５０２を変化させることができたとしても、電子部品とアンテナとの間隔がばらつくことにより、浮遊容量の大きさが変化し、共振周波数５０２が変動し、アンテナ性能がばらつくという課題が生じる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯無線機のグランドに接続された電子部品をアンテナ近傍に配置した場合でも高いアンテナ性能を確保できる携帯無線機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る携帯無線機は、無線部が設けられた回路基板と、該回路基板から所定の間隔を隔てて配置されたアンテナ素子と、アンテナ素子に近接して配置された電子部品と、回路基板と電子部品とを接続する信号線と、信号線に装荷されたインダクタンス素子と、電子部品のグランドと回路基板のグランドとを接続するグランド線と、該グランド線に装荷されたインダクタンス素子と、電子部品の一部とアンテナ素子を電気的に接続する電気的接続部とを備える。
【００１４】
上記構成において、電子部品がアンテナ素子の直上に配置されてもよい。
【００１５】
また、電気的接続部が、電子部品のグランドに接続され電子部品から突出した接続端子と、アンテナ素子上に固定された留め金から構成されてもよい。
【００１６】
また、接続端子が断面Ｌ字状に形成され、留め金が通孔を有し、当該通孔に接続端子が嵌め込まれることにより、電子部品及びアンテナ素子が電気的及び機械的に接続される構成としてもよい。
【００１７】
また、電気的接続部は、電子部品のグランドとアンテナ素子を電気的に接続するようにしてもよい。
【００１８】
また、グランド線及び信号線において、インダクタンス素子を、基板よりも電子部品に近い位置に装荷してもよい。
【００１９】
また、信号線及びグランド線において、電子部品に近い位置に装荷したインダクタンス素子に加えて、電子部品よりも基板に近い位置に装荷した他のインダクタンス素子をさらに設けてもよい。
【００２０】
さらに、他の観点から見た本発明の携帯無線機は、回路基板と、当該回路基板に電気的に接続されたアンテナ素子と、アンテナ素子に近接して配置された電子部品と、回路基板と電子部品とを接続する信号線と、信号線に装荷され、無線周波数の電流成分をカットする手段と、電子部品とアンテナ素子間における浮遊容量の発生を防止する手段とを備える。
【００２１】
上記防止手段は、アンテナ素子と電子部品のグランドを短絡するものである。また、電子部品がアンテナ素子の直上に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、携帯無線機のグランドに接続された電子部品がアンテナ近傍に配置された状態であっても高いアンテナ性能を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る携帯無線機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では無線周波数は９００ＭＨｚに設定されているが、本発明の効果が得られる限り、無線周波数の値は特に限定されない。
【００２４】
図１は本発明に係る実施形態の折畳式携帯無線機の基本的構成を示す正面図である。
【００２５】
携帯無線機は、筐体１０１、回路基板１０２、アンテナ（アンテナ素子）１０３、整合回路１０４、無線部を構成する無線回路１０５から構成されている。筐体１０１は、樹脂により構成されており、一般に長さは１３０ｍｍ、幅は５０ｍｍ程度に設定される。アンテナ１０３は全長６０ｍｍのモノポール素子を低背のために回路基板１０２から１０ｍｍの高さにおいて基板と平行に折り曲げた逆Ｌアンテナの構成をしている。アンテナ１０３は基板上の整合回路１０４を介して無線回路１０５に電気的に接続される。整合回路１０４はアンテナのインピーダンスを５０Ωに整合する役割を備える。
【００２６】
アンテナ１０３上には、電子部品としての赤外線通信装置１０６が配置されている。本実施形態では、赤外線通信装置１０６は、アンテナ１０３の直上に配置されている。赤外線通信装置１０６は赤外線によりデータを外部の通信装置と送受信する機能を有し、送受信用のＬＥＤ、無線回路、グランドを内部に備えている。赤外線通信装置１０６の寸法は横幅１０ｍｍ、縦幅３ｍｍ、厚さ３ｍｍである。また、赤外線通信に使用する信号の周波数は１００ｋＨｚであり、無線周波数に対して十分に低い。
【００２７】
赤外線通信装置１０６のグランド２０４（図２）と回路基板１０２のグランドは、グランド線１０７を介して接続されている。回路基板１０２上には、赤外線通信装置１０６を動作させる制御回路１１０が配置されている。そして、赤外線通信装置１０６と制御回路１１０は、信号線１０８を介して接続されている。グランド線１０７と信号線１０８は赤外線通信装置１０６を動作させるために必要なだけの数の導線から構成されている。一般にその数は５〜７本程度である。グランド線１０７と信号線１０８はコネクタ１０９を介して回路基板１０２のグランドあるいは制御回路１１０に接続される。
【００２８】
図２はアンテナ１０３と赤外線通信装置１０６の近傍の拡大図である。インダクタンス素子２０１が、ランド２０５を介してグランド線１０７と信号線１０８の全ての線に装荷されている。インダクタンス素子２０１は回路基板１０２寄りではなく赤外線通信装置１０６に近い位置に配置されており、インダクタンス素子と赤外線通信装置との距離は２ｍｍである。インダクタンス素子２０１のインダクタンスは、無線周波数においてはインピーダンス（リアクタンス）がほぼ開放と見なせること、赤外線通信の信号周波数においてはインピーダンス（リアクタンス）がほぼ短絡と見なせること、及びインダクタンス素子のサイズとを考慮して選定する。言い換えると、インダクタンス素子は携帯無線機の無線周波数の電流成分をカットする手段として機能する。インダクタンス素子の種類は特に限定されない。ここでは、インダクタンスは１００ｎＨとした。また、インダクタンス素子は出来る限り小型であることが望ましいことから、０．５ｍｍ  ｘ  ０．５ｍｍ  ｘ  １ｍｍの寸法のチップ素子を用いている。
【００２９】
また、赤外線通信装置１０６は断面Ｌ字状の接続端子２０３を両端に備える。接続端子２０３は赤外線通信装置１０６の側面から突出形成され、赤外線通信装置１０６の内部で、赤外線通信装置１０６のグランド２０４と接続されている。また、アンテナ１０３の素子の上には留め金２０２が設けられている。赤外線通信装置１０６を二つの留め金２０２の間の空間に押し込むと、留め金２０２の通孔２０２ａに接続端子２０３が嵌まり、赤外線通信装置１０６とアンテナ１０３とは機械的に固定される。接続端子２０３と留め金２０２との接触を介して、赤外線通信装置１０６のグランドとアンテナ１０３とは電気的に接続される。接続端子２０３と留め金２０２より、電気的接続部が構成される。
【００３０】
上記のように構成した携帯無線機において、アンテナ動作の説明を行う。
【００３１】
図６は、上記の構成の携帯無線機におけるアンテナの等価回路を示している。アンテナと基板グランドとが装荷インダクタンス６０１のみで接続されている。
【００３２】
一方、図９は、アンテナと赤外線通信装置のグランドとが未接続である関連技術の構成（図３）におけるアンテナの等価回路を示している。アンテナと基板グランドとが、装荷インダクタンス６０１と浮遊容量９０１との直列共振回路で、接続されている。浮遊容量９０１は赤外線通信装置１０６のグランドとアンテナとの間に間隔（図３のｄ）があるために生じる。浮遊容量９０１は赤外線通信装置１０６のグランドの面積及びアンテナとの間隔から決まり、図３の構成では０．３〜０．５ｐＦ程度であると推測される。したがって、図９の装荷インダクタンス６０１と浮遊容量９０１との直列共振回路のリアクタンス特性は図１１に示す１１０２となり、無線周波数９００ＭＨｚ付近で共振点１１０１を有する。従って、無線周波数におけるアンテナの等価回路はほぼ図１０のようになり、アンテナ１０３と回路基板１０２のグランドとが短絡状態になる。このときのアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）の周波数特性を図１３に示す。図１３より、ＶＳＷＲ＜３での帯域幅は６０［ＭＨｚ］と狭い。
【００３３】
ところが、本実施形態では留め金２０２と接続端子２０３の接触により、赤外線通信装置１０６のグランドとアンテナ１０３とは短絡されている。そのため、アンテナと赤外線通信装置との間の浮遊容量９０１は発生しない。言い換えると、留め金２０２と接続端子２０３は、アンテナ１０３と赤外線通信装置１０６との間の浮遊容量９０１の発生を防止する手段として機能する。本実施形態では、留め金２０２と接続端子２０３は、アンテナ１０３と赤外線通信装置１０６のグランドを短絡する。その結果、図６に示す等価回路のように、アンテナと装荷インダクタンス６０１とは短絡となり、アンテナと基板グランドとの間は装荷インダクタンス６０１のみで接続される。したがって、図６のアンテナと基板グランドとの間のリアクタンス特性は図８に示す８０１となり、無線周波数９００ＭＨｚ付近でのリアクタンスは約５５０Ωとなる。これはアンテナ特性の観点から、ほぼ開放（Ｏｐｅｎ）とみなしてよいインピーダンスである。したがって、無線周波数におけるアンテナの等価回路は、図７のようになり、アンテナと基板グランドとが非接続の状態となる。
【００３４】
本実施形態のアンテナのＶＳＷＲの周波数特性を図１２に示す。図１２より、ＶＳＷＲ＜３での帯域幅は１２０［ＭＨｚ］であり、関連技術の構成と比較して帯域幅が６０ＭＨｚも拡大しており、本実施形態がアンテナ性能の向上に有効であることがわかる。また、赤外線通信装置１０６とアンテナ１０３とは電気的に接続された状態で固定されているため、浮遊容量は生じず、赤外線通信装置とアンテナとの間隔のばらつきによるアンテナ性能のばらつきの問題も起こらない。
【００３５】
なお、本実施形態ではアンテナに近接する電子部品として、赤外線通信装置を例にあげているが、基板のグランドに接続された小型のカメラ、操作ボタン、センサー、ライト、記憶装置、外部接続端子、スピーカ及びマイクであっても同様の効果が得られる。
【００３６】
なお、本実施形態ではアンテナとして線状アンテナを用いているが、板状逆Ｆアンテナのような板状アンテナでもよい。また、整合回路、無線回路、制御回路も種々の周知の回路を用いることができる。
【００３７】
なお、本実施形態ではアンテナと電子部品のグランドとを接続しているが、低インピーダンスであるならば、電子部品の電源線をアンテナと接続してもよい。すなわち、電子部品の一部とアンテナが電気的に接続され、両者間に浮遊容量が発生するのを防止できればよい。
【００３８】
なお、インダクタンス素子は、信号線及びグランド線の電子部品寄りの位置と基板寄りの位置の２点に装荷してもよい。すなわち、図１４に示すように、インダクタンス素子２０１に加え、回路基板１０２に隣接して他のインダクタンス素子２０６が、グランド線１０７、信号線１０８に設けられている。これにより、より本発明の効果を高めることができる。また、実施形態では、インダクタンス素子２０１、２０６を総てのグランド線１０７、信号線１０８に設けたが、少なくとも一つの信号線に設けてもよい。すなわち、インダクタンス素子の数は任意であり、どのような値をとっても本発明の範囲に含まれる。ただし、総ての信号線及びグランド線にインダクタンス素子を装荷した方がよい。
【００３９】
浮遊容量の発生を防止する手段を構成する留め金２０２と接続端子２０３の形状、個数などは上述の実施形態に限られず、種々の変形が可能であり、アンテナ素子と電子部品の間の浮遊容量をキャンセルできるものであればよい。上述の実施形態によれば、断面Ｌ字状の接続端子を留め金の通孔に嵌め込むことにより、電子部品をアンテナに容易に機械的、電気的に取り付けることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、アンテナ１０３と回路基板１０２との間隔が狭く、電子部品、すなわち、赤外線通信装置１０６を配置する実装面積が無い場合も考慮して、赤外線通信装置１０６をアンテナ１０３の直上に配置した。この場合、電子部品のグランド平面全体が浮遊容量の発生に寄与するため、本発明の効果は大きい。しかしながら、電子部品がアンテナの直上に配置される必要は必ずしも必要ではなく、近傍に配置された場合であっても本発明の効果は得られる。すなわち、電子部品がアンテナ近傍に配置された場合、問題視されるほどの浮遊容量が発生するおそれがあるからである。
【００４１】
以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
基板のグランドに接続された電子部品がアンテナ近傍に配置された携帯無線機において、高いアンテナ性能を確保することに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態に係る携帯無線機の正面図
【図２】実施形態に係る携帯無線機のアンテナ近傍の拡大図
【図３】関連技術のアンテナ近傍の拡大図
【図４】一般的なインダクタンス素子のリアクタンス特性を説明した図
【図５】浮遊容量とインダクタンス素子のリアクタンス特性を説明した図
【図６】実施形態に係る携帯無線機のアンテナの等価回路
【図７】無線周波数における実施形態に係る携帯無線機のアンテナの等価回路
【図８】実施形態に係る携帯無線機のアンテナと基板グランドとの間のリアクタンス特性を説明した図
【図９】関連技術のアンテナの等価回路
【図１０】無線周波数における関連技術のアンテナの等価回路
【図１１】従来例のアンテナと基板グランドとの間のリアクタンス特性を説明した図
【図１２】実施形態に係る携帯無線機のＶＳＷＲの周波数特性を説明した図
【図１３】従来例のＶＳＲＷの周波数特性を説明した図
【図１４】インダクタンス素子を各グランド線及び信号線に二つずつ設けた実施形態における、アンテナ及び基板近傍の拡大図
【符号の説明】
【００４４】
１０１  筐体
１０２  回路基板
１０３  アンテナ
１０４  整合回路
１０５  無線回路
１０６  赤外線通信装置
１０７  グランド線
１０８  信号線
１０９  コネクタ
１１０  制御回路
２０１  インダクタンス素子
２０２  留め金
２０３  接続端子
２０４  グランド
２０５  ランド
６０１  インダクタンス
９０２  浮遊容量
５０２，１１０１  共振周波数
４０１，５０１，８０１，１１０２  リアクタンスの周波数特性
１２０１，１３０１  ＶＳＷＲの周波数特性
【図１】
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【図２】
2006049978.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006049978.tif 000012
【図１０】
2006049978.tif 000013
【図１１】
2006049978.tif 000014
【図１２】
2006049978.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2006049978.tif 000017