(57)【要約】【課題】筐体部分を使用者の手で保持される状態において、高い利得と広帯域な周波数特性を確保できる携帯無線装置を提供する。【解決手段】上部筐体１に内蔵する第１アンテナ１１と、下部筐体２に内蔵する第２アンテナ２１と、電力分配合成器２４と、第１アンテナ１１と電力分配合成器２４との間に所定電気長を有する第１給電線路１３と、第２アンテナ２１と電力分配合成器２４との間に所定電気長を有する第２給電線路２３とを備える。また、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１は、上部筐体１及び下部筐体２の地板上に配置した逆Ｆアンテナ部と、逆Ｆアンテナ部の先端に接続した半波長素子とで構成され、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１は同一方向に配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に内蔵する第１アンテナ及び第２アンテナと、前記筐体に設けた電力分配合成器と、前記第１アンテナと前記電力分配合成器との間に所定の電気長を有する第１給電線路と、前記第２アンテナと前記電力分配合成器との間に所定の電気長を有する第２給電線路とを有する携帯無線装置であって、
前記第１アンテナ及び第２アンテナは、それぞれ、前記筐体の地板上に配置した逆Ｆアンテナ部と、前記逆Ｆアンテナ部の先端に接続した半波長素子とを有するとともに、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは同一方向に配置してあることを特徴とする携帯無線装置。
【請求項２】
少なくとも、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナのいずれか一方において、前記逆Ｆアンテナ部から所定の間隔を隔てた位置に、両端を開放した半波長素子を無給電素子として配置していることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の携帯無線装置を備えていることを特徴とする無線システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機などの携帯無線装置及び無線システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯無線装置、例えば携帯電話機などに用いるアンテナ装置は、ホイップアンテナなどの外付アンテナと逆Ｆアンテナなどの内蔵アンテナとを用い、それぞれのアンテナの受信電界レベルなどによって切換え使用していた。
【０００３】
一方、携帯電話機の使用形態の多様化やデザイン性の向上などにより、携帯電話機のさらなる薄型化や外付けアンテナなどの突起物除去の要望が強くなっており、アンテナ装置においても、外付けアンテナから同等の利得を確保することができるような内蔵アンテナへと移行することが求められている。
【０００４】
しかしながら、かりに、前述の２つのアンテナを共に筐体内に内蔵するように構成した場合、使用者はこれらのアンテナの位置を認識することが難しいので、例えば携帯電話機の筐体部分を手で把持するときに、その手の把持位置によっては内部のアンテナを手で覆ってしまう虞がある。この場合、近接する手とアンテナとの電磁的相互作用により、アンテナの放射効率は１０ｄＢ程度劣化してしまう。
【０００５】
そこで、電力分配合成器と、主アンテナと電力分配器との間に所定の電気長を有する給電線路と、副アンテナと電力分配器との間に所定の電気長を有する給電線路とを設け、２つのアンテナの電力を合成分配することで、使用者の手などによって携帯電話機などの携帯無線装置のいかなる部位を保持（把持）されても、アンテナの放射効率の劣化を少なく抑えることができるアンテナ装置が知られている。
【０００６】
即ち、このアンテナ装置は、例えば図５に示すように、上部筐体１０１及び下部筐体１０２がヒンジ部１０３で開閉可能に連結された携帯電話機において、上部筐体１０１には主アンテナ１０４、下部筐体１０２には副アンテナ１０５を備えるとともに、これらのアンテナ１０４，１０５は、それぞれ整合回路１０６，１０７及び給電線路１０８，１０９を介して電力分配合成器１１０、無線回路１１１に接続された構成のものである。
【０００７】
前述の電力分配合成器１１０は、１つの入出力端子を２つの入出力端子に分配合成するものであり、同位相の２波がそれぞれ２つの入出力端子から入力する場合、ほぼ損失なく合成される。また、これら２波のうち、一方の信号レベルが無入力であるか、極めて小さい場合、損失は−３ｄＢとなる。したがって、一方のアンテナが手で覆われた場合は、覆われたアンテナのアンテナ放射効率が著しく劣化しても、他方のアンテナから放射されるため、アンテナ放射効率の劣化量は３ｄＢ程度となる。
【０００８】
また、近年の携帯無線装置の薄型化に対応可能な内蔵アンテナとしては、携帯電話機の地板上に設置した逆Ｆ素子と、この逆Ｆ素子の先端に接続した半波長素子とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
このような携帯無線装置用のアンテナ装置での評価指標として、人体に装着した状態の水平面パターン平均化利得（以下、ＰＡＧ（Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｇａｉｎ））が知られている。このＰＡＧは、携帯無線装置用のアンテナ装置を装着した人体を、ＸＹＺ座標の中心に頭部を天頂（Ｚ）方向に向けて配置した場合において、次に示す（１）式から得ることができる。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
なお、ここで、ＸＰＲ（Ｃｒｏｓｓ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）とは、アンテナに入射する到来波の交差偏波電力比であり、水平偏波成分に対する垂直偏波成分の電力比である。ここで、陸上移動通信の多重波環境における一般的な交差偏波電力比（ＸＰＲ）は、４〜９ｄＢであることが知られている。また、携帯無線装置は、一般的に通話状態では６０度傾斜して使用されることが多い。この通話状態におけるＰＡＧがアンテナ装置の評価指標となる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−６４３２４号公報（第４ページ右欄中段、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の携帯無線装置に内蔵する２つのアンテナ装置として、アンテナ放射効率は同じであるがアンテナ方式が異なる場合や、同方式のアンテナ装置であっても異なる方向に取り付けているものが知られているが、これらのアンテナ装置では主偏波面が異なり、人体に装着した状態のＰＡＧが異なる場合があった。
【００１４】
例えば、図５に示すアンテナ装置において、主アンテナ１０４のＰＡＧが−５ｄＢｉ、副アンテナ１０５のＰＡＧが−１５ｄＢｉである場合について考えてみる。主アンテナ１０４と副アンテナ１０５を電力分配合成器１１０で分配した後のＰＡＧは、主アンテナ１０４のＰＡＧ（−５ｄＢｉ）と副アンテナ１０５のＰＡＧ（−１５ｄＢｉ）との和となるため、携帯無線装置としてのＰＡＧは−４．６ｄＢｉとなる。
【００１５】
ここで、使用者が主アンテナ１０４を保持した場合、主アンテナ１０４のアンテナ放射効率が１０ｄＢ劣化すると、ＰＡＧは−１５ｄＢｉとなる。この場合の主アンテナ１０４のＰＡＧ（−１５ｄＢｉ）と、副アンテナ１０５のＰＡＧ（−１５ｄＢｉ）との和は、−１２ｄＢｉとなる。従って、携帯無線装置としてのＰＡＧは、使用者がアンテナを保持することによって、−４．６ｄＢｉから−１２ｄＢｉへと７．４ｄＢ劣化する。
【００１６】
また、従来のアンテナ装置では、第３世代移動通信システム（以下、ＩＭＴ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ）−２０００とよぶ）で必要とされる約２５０ＭＨｚ（比帯域１２．５％）の帯域幅にくらべて周波数帯域が狭いため、このＩＭＴ−２０００に対応できないという問題があった。
【００１７】
例えば、図６に従来の内蔵アンテナを中心周波数が２ＧＨｚになるように設計した場合の給電点（ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ；電圧定在波比））の周波数特性を示す。
このような内蔵アンテナを備えた携帯無線装置では、同図からわかるように、ＶＳＷＲが２以下の帯域幅ｗは約１００ＭＨｚ（比帯域５％）と比較的狭い。これに対して、前述のＩＭＴ−２０００での使用周波数帯は、上り帯域と下り帯域を総合すると約２５０ＭＨｚ（比帯域１２．５％）と帯域幅が広い。
【００１８】
本発明は、上記した事情に鑑み、使用者が携帯無線装置のどの部分を把持した場合であっても高いＰＡＧを確保するとともに、広帯域な周波数特性（例えば、少なくとも２ＧＨｚ帯において約２５０ＭＨｚの帯域幅）を実現することができる携帯無線装置及び無線システムを提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の携帯無線装置は、筐体に内蔵する第１アンテナ及び第２アンテナと、前記筐体に設けた電力分配合成器と、前記第１アンテナと前記電力分配合成器との間に所定の電気長を有する第１給電線路と、前記第２アンテナと前記電力分配合成器との間に所定の電気長を有する第２給電線路とを有する携帯無線装置であって、
前記第１アンテナ及び第２アンテナは、それぞれ、前記筐体の地板上に配置した逆Ｆアンテナ部と、前記逆Ｆアンテナ部の先端に接続した半波長素子とを有するとともに、
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは同一方向に配置してあることを特徴としている。
【００２０】
この構成により、使用者が携帯無線装置のいかなる部位を保持した場合においても、高いＰＡＧを確保した携帯無線装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明携帯無線装置は、少なくとも、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナのいずれか一方において、前記逆Ｆアンテナ部から所定の間隔を隔てた位置に、両端を開放した半波長素子を無給電素子として配置していることを特徴としている。
【００２２】
この構成により、使用者が携帯無線装置のいかなる部位を保持した場合においても、高いＰＡＧを確保しながら、広帯域な周波数特性を確保することができる。
【００２３】
また、本発明の無線システムは、前述の携帯無線装置を備えていることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、使用者が携帯無線装置のいかなる部位を保持した場合においても、高いＰＡＧを確保しながら、広帯域な周波数特性を確保した携帯無線装置を具備した無線システムを実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態に係る携帯無線装置の基本構成を示す概略構成図であり、図２（Ａ）はアンテナ装置（後述する、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１を備えた構成のもの）の基本構造を示す平面図、図２（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２６】
本発明の第１の実施形態に係る携帯無線装置は、折畳構造を有するもの（例えば、携帯電話機）であり、第１アンテナ１１が配設された上部筐体１と、第２アンテナ２１が配設された下部筐体２とが、ヒンジ部３によって回動自在に連結されている。
【００２７】
上部筐体１に内蔵される第１アンテナ１１と下部筐体２に内蔵される第２アンテナ２１とは、同一構造のもの（給電素子）であって、同一方向に配置されている。このうち、第１アンテナ１１は、第１整合回路１２と第１高周波給電線路１３とを介して、電力分配合成器２４に接続されている。一方、第２アンテナ２１は、第２整合回路２２と第２高周波給電線路２３とを介して、電力分配合成器２４に接続されている。
【００２８】
なお、ここで、第１アンテナ１１の信号位相と第２アンテナ２１の信号位相との（位相）差は、第１高周波給電線路１３と第２高周波給電線路２３との電気長の差によって決定されるので、第１高周波給電線路１３及び第２高周波給電線路２３のケーブル長は、二信号が同位相となるように決定する必要がある。
【００２９】
電力分配合成器２４は、例えば本実施の形態ではウィルキンソン型パワーデバイダで構成されており、携帯無線装置が送信状態の場合には、無線回路２５からの高周波信号を第１アンテナ１１側の端子と第２アンテナ２１側の端子にそれぞれ分配混合する。
【００３０】
即ち、携帯無線装置が送信状態の場合には、無線回路（送受信回路）２５から出力された送信信号は、電力分配合成器２４によって同一振幅で分配されて第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１から送信される。また、携帯無線装置が受信状態の場合には、電力分配合成器２４で同一振幅比に合成され、この合成信号が無線回路２５に送られる。
【００３１】
次に、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１の具体的な構成について、図２を用いて説明する。
上部筐体１から下部筐体２に至る領域に亙り地板４が設置・内蔵されており、この地板４は、一般には無線回路が実装される回路基板のグランドプレーンに相当する。本実施形態の場合、この地板４は、具体的には４０ｍｍ程度の幅を有するものであり、またこの地板４には、第１アンテナ１１（第２アンテナ２１も同様）を構成する、逆Ｆ素子５１と半波長素子５２とが設置されている。
【００３２】
このうち、逆Ｆ素子５１は、一端が短絡部５３にて地板４と電気的に接続されており、短絡部５３から一定の距離を隔てたところに給電部５４が接続されている。一方、逆Ｆ素子５１の他端には、半波長素子５２が電気的に接続して配置される。
【００３３】
給電部５４は、整合回路１２と（第２アンテナ２１の場合には整合回路２２と）接続される。
【００３４】
これら逆Ｆ素子５１と半波長素子５２との境界点５５は、逆Ｆアンテナ（逆Ｆ素子５１）と半波長アンテナ（半波長素子５２）との便宜上の境界であり、ここを境界としたときに、逆Ｆ素子５１は１／４波長、半波長素子５２は１／２波長の長さを有するため、逆Ｆ素子５１と半波長素子５２との素子長の和は、２ＧＨｚ帯では１１０ｍｍ程度の長さとなる。なお、地板４は、前述のように幅４０ｍｍであるため、折り返し構造とする。
【００３５】
以上の様に構成された第１の実施形態に係る携帯無線装置において、次に、使用者がこの携帯無線装置を保持する位置と、本実施の形態に係るアンテナのＰＡＧ（Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｇａｉｎ）との関係について示す。
第１アンテナ１１と第２アンテナ２１とは同じ構成のアンテナを同一方向に配置しているため、偏波面は一致する。ここでは、到来波方向の第１アンテナ１１と第２アンテナ２１のＰＡＧが共に−５ｄＢｉであるとして説明する。
【００３６】
（Ｉ）まず、使用者が、第１アンテナ１１を覆うように保持する場合：
第１アンテナ１１は近接する手との電磁的相互作用によりアンテナ放射効率が−１０ｄＢ程度劣化し、ＰＡＧは−１５ｄＢｉ程度となる。
ここで、本実施の形態に係る携帯無線装置としてのＰＡＧは、第１アンテナ１１のＰＡＧ−１５ｄＢｉと第２アンテナ２１のＰＡＧ−５ｄＢｉとの和とであるため、これに電力分配合成器２４の通過損失−３ｄＢを考慮すると、−７．４ｄＢｉとなる。
【００３７】
（ＩＩ）次に、使用者が第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１以外の部分を保持する場合：
第１アンテナ１１と第２アンテナ２１の信号は同レベル、かつ、同位相であるため、電力分配合成器２４の損失はほとんど発生しない。したがって、携帯無線装置のＰＡＧは−５ｄＢｉとなる。
【００３８】
このように、使用者が携帯無線装置を保持する位置が変化しても、ＰＡＧは−５から−７．４ｄＢｉの変動とすることができる。これは、従来例の−５から−１２ｄＢｉの変動と比較して、劣化が少ない。
また、使用者が第２アンテナ２１を覆うように保持した場合についても同様である。
【００３９】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、使用者が携帯無線装置の如何なる部位を保持した場合においても、高いＰＡＧを保有する携帯無線装置を提供することができる。
【００４０】
なお、電力分配合成器２４はウィルキンソン型パワーデバイダに限るものではなく、双方向性を有する電力分配器であればよい。また、給電系に用いる給電線路は、高周波同軸ケーブルに限るものではなく、マイクロストリップラインなどの回路基板上に形成された伝送線路であってもよい。
【００４１】
さらに、アンテナ装置についても、本実施例のアンテナ構成に限るものではなく、指向性や偏波が略等しいアンテナ装置であればよい。
本実施の形態において説明したアンテナ放射効率の改善効果は、両アンテナの信号位相の相対差に関わらずほぼ一定であり、給電線路の電気長の相対精度に誤差がある場合でも改善効果が得られる。
【００４２】
また、本実施の形態では、携帯無線装置は折畳式の携帯電話機に適用したが、これもこの折りたたみ式に限るものではなく、ストレート（棒状）型やカード型やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）型などでも良い。
【００４３】
［第２の実施形態］
さらに、本発明の第２の実施の形態の携帯無線装置について、図３及び図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図３（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ部分の基本構造を示す平面図、図３（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る携帯無線装置のインピーダンス示すスミスチャート、図４（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る携帯無線装置のＶＳＷＲを示すグラフである。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ部分には、第１アンテナ１１，第２アンテナ２１（共に、図１参照）の双方において、給電素子（この実施形態では逆Ｆ素子５１。なお、半波長素子５２でもよい）に間隔ｄだけ離して無給電素子６１を配置している。なお、携帯無線装置の基本構成については、第１の実施の形態と変わりはない。
【００４５】
この無給電素子６１は、前述した給電素子の横に配置するのみでなく、この給電素子の上部や下部にも配置してよく、またその形状はヘリカル状やミアンダ状としても良い。また、この無給電素子６１は複数（例えば、逆Ｆ素子５１及び半波長素子５２の近傍）であってもよく、その場合は、それぞれの異なる周波数の半波長素子としても良い。
【００４６】
さらに、この無給電素子２１は、本実施の形態のように、第１アンテナ１１，第２アンテナ２１の双方に同時に搭載させる構成のものに限定するものではなく、第１アンテナ１１及び第２アンテナ２１のいずれか一方に搭載するものであっても良い。また、この無給電素子６１は、半波長より短くし導波素子として作用させたり、半波長より長くし反射素子として作用させても良い。
【００４７】
次に、中心周波数が２ＧＨｚになるように設計した場合の給電点のインピーダンス特性を図４（Ａ）に、ＶＳＷＲ特性を図４（Ｂ）に示す。
図４（Ａ）において、軌跡αは給電部２２のインピーダンスの周波数変化をスミスチャート上にプロットしたものである。この軌跡αからわかるように、複数の共振点が発生することでインピーダンスの軌跡が５０Ω付近で回転する。これにより、ＶＳＷＲの低い帯域幅が拡大される。
【００４８】
また図４（Ｂ）のグラフβからわかるように、ＶＳＷＲが２以下の帯域幅Ｗとしては、２８０ＭＨｚ（＝２．２０−１．９２；ＧＨｚ）（比帯域１４％）が得られており、帯域幅Ｗが従来のアンテナ装置の周波数特性と比べて２．８倍に拡大される。これにより、ＩＭＴ−２０００の帯域幅に対応することができる。
【００４９】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、無給電素子６１を追加して配置することで、無給電素子６１を含む各素子間の電磁的な相互作用により、複数の共振点が発生して給電部５４のインピーダンスが変化し、ＶＳＷＲが低い帯域幅を拡大させることができる。
【００５０】
また、上述してきた第１、第２の実施形態では、本発明の携帯無線装置を携帯電話機に適用したが、これに限定されるものではない。即ち、本発明の携帯無線装置を例えば無線システムなどに適用した構成であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、使用者が携帯無線装置の如何なる部位を保持した場合においても、高いＰＡＧを確保しながら、広帯域な周波数特性を確保した携帯無線装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る携帯無線装置の基本構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の基本構成を示すものであり、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の基本構成を示すものであり、（Ａ）は要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る携帯無線装置のインピーダンス示すスミスチャート図であり、（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る携帯無線装置のＶＳＷＲを示すグラフである。
【図５】従来の携帯無線装置の基本構成を示す説明図である。
【図６】従来の携帯無線装置のＶＳＷＲを示すグラフである。
【符号の説明】
１      上部筐体
１１    第１アンテナ
１２    第１整合回路
１３    第１高周波給電線路
２      下部筐体
２１    第２アンテナ
２２    第２整合回路
２３    第２高周波給電線路
２４    電力分配合成器
２５    無線回路（送受信回路）
３      ヒンジ部
４      地板
５１    逆Ｆ素子
５２    半波長素子
５３    短絡部
５４    給電部
５５    境界点
６１    無給電素子
α      軌跡（インピーダンスの周波数変化）
Ｗ      帯域幅（ＶＳＷＲが２以下）
【図１】
2004235971.tif 000004
【図２】
2004235971.tif 000005
【図３】
2004235971.tif 000006
【図４】
2004235971.tif 000007
【図５】
2004235971.tif 000008
【図６】
2004235971.tif 000009