(57)【要約】【課題】  携帯無線通信装置のアンテナ地板に高周波電流が流れることによって生じる不要な電磁界放射と、給電点近傍の電流集中により局所的に電磁界強度が高まる現象とを同時に抑制して、アンテナ放射効率の低下を防ぐ。【解決手段】  基板1又はその接地パターンを切欠いて設けたギャップ部分2により、接地パターンの突堤形部分3及び対向部分４を形成し、高周波電流制御素子５の電流制御点６及びアンテナ素子７の給電点８を、突堤形部分３の内側に４分の１波長以下の距離をおいて配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地パターンと、前記接地パターンの周縁部の一部が切除されて形成されたギャップ部と、前記ギャップ部に隣接して前記接地パターンが突堤状に形成されたアンテナ取り付け部とを有する基板と、
前記アンテナ取り付け部の内側に設けられた給電点から給電されるアンテナ素子と、
前記アンテナ取り付け部の内側に前記給電点から４分の１波長以下の距離を隔てて設けられた電流制御点において、前記接地パターンに結合された高周波電流制御素子とを
備えたことを特徴とする携帯無線通信装置。
【請求項２】
接地パターンと、前記接地パターンの周縁部の一部が切除されて形成されたギャップ部と、前記ギャップ部に隣接して前記接地パターンが突堤状に形成されたアンテナ取り付け部とを有する基板と、
前記アンテナ取り付け部の内側に設けられた給電点から給電されるアンテナ素子と、
前記アンテナ取り付け部の内側に前記給電点から４分の１波長以下の距離を隔てて設けられた電流制御点において、前記接地パターンに結合された高周波電流制御素子と、
前記ギャップ部分に配設され、前記ギャップ部分のインピーダンスを周波数により選択的に制御するインピーダンス制御手段とを
備えたことを特徴とする携帯無線通信装置。
【請求項３】
前記ギャップ部分は、前記接地パターンの周縁部の一部を含む前記基板の周縁部の一部が切除されて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、前記給電点に接続され又は静電結合されて給電されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項５】
前記高周波電流制御素子は、前記電流制御点において前記接地パターンに接続されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項６】
前記高周波電流制御素子は、前記電流制御点において前記接地パターンに静電結合されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項７】
前記ギャップ部は、前記アンテナ取り付け部の反対側の前記接地パターンが凹凸をなすように切除されて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項８】
前記高周波電流制御素子は略４分の１波長の電気長を有する導体により構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項９】
前記高周波電流制御素子は誘電体又はＬ字形、らせん形若しくはメアンダ形に形成された導体により構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項１０】
前記ギャップ部は前記アンテナ取り付け部の両側に２つ形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項１１】
前記インピーダンス制御手段は、集中定数形素子又は分布定数形素子であることを特徴とする請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【請求項１２】
前記高周波電流制御素子は、前記電流制御点において前記アンテナ素子とは異なる周波数で給電されるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の携帯無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通話時のアンテナ放射効率の低下を抑制することができる携帯無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の携帯無線通信装置においては、本来のアンテナ以外に、筐体や内蔵基板の接地パターンにより構成される地板にもアンテナの給電点から高周波電流が流れ、これらが別の擬似的なアンテナとして作用するという現象がある。地板の広い範囲に高周波電流が流れると、等価的にアンテナ形状が変化して放射効率の低下を招くことがあるため、筐体や基板の一部に切欠き（スリット）を設けて高周波電流の広がりを抑え、放射効率の低下を防ぐという発明がなされている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、地板に高周波電流制御素子を取付けることにより、地板に流れる高周波電流を抑制するという技術も知られているが、その効果が発揮される周波数が高周波電流制御素子のサイズや取付け位置により異なるため、複数サイズの高周波電流制御素子を併用して広帯域化するという発明もなされている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
しかし、これらの従来技術によっても、携帯無線通信装置の通話時の使用状態においては、給電点付近の電流集中によって局所的かつ集中的に電磁界強度が高まる現象や、使用者に近い側に設けた高周波電流制御素子に流れる高周波電流により、却って放射効率が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開平５−３２７５２７号公報  （第２乃至第４ページ、図１）
【特許文献２】特開２００１−２７４７１９号公報  （第２乃至第４ページ、図１）
【特許文献３】特開２００１−３０８６２２号公報  （第２乃至第４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の携帯無線通信装置では、高周波電流制御素子を地板上の給電点に近い位置に付加するほど、地板の他の部分に高周波電流を流さないようにすることができるが、その反面、上記のように給電点付近に電流集中が起きるという問題があった。一方、高周波電流制御素子を付加する位置を給電点から遠ざけるほど、地板上で高周波電流が拡散して高周波電流制御素子の本来の機能が発揮できないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、給電点付近の電流集中を抑制しつつ高周波電流制御素子本来の機能を発揮させて、アンテナ放射効率の低下を防止することのできる携帯無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の携帯無線通信装置は、接地パターンと、前記接地パターンの周縁部の一部が切除されて形成されたギャップ部と、前記ギャップ部に隣接して前記接地パターンが突堤状に形成されたアンテナ取り付け部とを有する基板と、前記アンテナ取り付け部の内側に設けられた給電点から給電されるアンテナ素子と、前記アンテナ取り付け部の内側に前記給電点から４分の１波長以下の距離を隔てて設けられた電流制御点において、前記接地パターンに結合された高周波電流制御素子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、給電点から地板に流れる高周波電流は上記の接地パターンが突堤状に形成されたアンテナ取り付け部に閉じ込められ、当該部分の内側に給電点から４分の１波長以下の距離を隔てて設けられた電流制御点から高周波電流制御素子に吸収される形になるので、電流集中の抑制と高周波電流制御素子の本来の機能の発揮とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施例１を説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例１に係る携帯無線通信装置の構成を、本発明に直接関係のある部分に限って表した図で、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【００１１】
図中、基板１は、接地パターンが設けられ地板として作用する基板である。ギャップ部分２は、基板１の周縁部の一部が切除されて形成されたギャップである。突堤形部分３は、基板１からギャップ部分２を切欠くことによって形成された接地パターンである。対向部分４は、ギャップ部分２を隔てて突堤形部分３と対向する接地パターンである。高周波電流制御素子５は、突堤形部分３の接地パターンと結合されＬ字形に形成されている。電流制御点６は、突堤形部分３の接地パターンと高周波電流制御素子５が接続される点である。
【００１２】
この形状においては、接地パターンを有する基板１の上部周縁部の右端が垂直方向に切除されてギャップ部分２が形成され、このギャップ部２と隣り合う周縁部（この場合、右側周縁部）との間に形成された接地パターンが突堤形部分３となる。そして、この突堤形部分３はアンテナ素子７の取り付け部となる。
【００１３】
次に、アンテナ素子７は、基板１の突堤形部分３の給電点８に接続され、棒状の導体から形成されたアンテナである。そして、これら電流制御点６及び給電点８は共に突堤形部分３の内側に形成されて、その間隔は４分の１波長（λ／４）以下である。また、高周波電流制御素子５の長手方向のサイズは約４分の１波長である。なお、高周波電流制御素子５は、電流制御点６において突堤形部分３の接地パターンに直接接続してもよく、また誘電体を挟んで突堤形部分３の接地パターンに静電結合させてもよい（両方の場合を含めて「結合する」という。）。また、高周波電流制御素子５は、突堤形部分３の表裏どちらの面に取り付けてもよく、また電流制御点６から上下どちらの方向に向けて取り付けてもよい。
【００１４】
さらに、ギャップ部分３は基板１の周縁部の一部ではなく、当該周縁部の一部の接地パターンを切除して形成してもよい。また、基板１の接地パターンを含む周縁部の一部を切除した間隙に基板１の基材と誘電率の異なる媒質を充填することにより形成してもよい。なお、携帯無線通信装置のその他の構成は本発明に直接の関係がないので、図では省略している。
【００１５】
ここで、高周波電流制御素子５の形状は必ずしも図１に示したようなＬ字形に限定されない。また、アンテナ素子７は必ずしも図１に示したような棒状の導体に限定されず、例えばヘリカルアンテナ、逆Ｆアンテナ又は誘電体アンテナ等を用いてもよい。
【００１６】
この構成において、基板１の突堤形部分３に流れる高周波電流は給電点８からアンテナ素子７に給電されるが、その一部は接地パターンである突堤形部分３の内部にも流れ、給電点８から４分の１波長以下の距離にある電流制御点６においては非ゼロの有限値をとる。当該高周波電流は給電点８からちょうど４分の１波長の距離において電流値が最小となり、４分の１波長を超えると非ゼロの有限値をとる逆相電流となる。したがって、次に述べる基板１の下方への電流抑制の効果は、電流制御点６と給電点８との間の距離を４分の１波長以上とした場合でも全く失われるわけではないが、電流供給効率が距離の２乗に反比例して低下するのに伴って低下する。
【００１７】
また、高周波電流制御素子５の長手方向のサイズが約４分の１波長であれば、電流制御点６におけるその入力インピーダンスは最小となるから、突堤形部分３に流れる高周波電流の大部分が高周波電流制御素子５に吸収され、基板１の下方へ流れる高周波電流は極めてわずかな量とすることができる。
【００１８】
ここで、突堤形部分３の電流制御点６と給電点８の間隔を狭くするほど、基板１の下方へ流れる電流を少なくすることができるが、給電点８の近傍に高周波電流が集中するため、局所的に電磁界強度が高まる。そうすると、通話時のように使用者の頭部が近くにある場合など、周囲の状態によっては却って放射効率の低下を招く場合がある。したがって、電流制御点６と給電点８の間隔を、使用状態における放射効率の変化を見ながら適切に設定することが必要であり、本発明の実施に当たっては、設計上のパラメータの一つとして適宜設定することができる。なお、電流制御点６と給電点８の間隔についての要件が満たされる限り、突堤形部分３のサイズはいくつであってもよい。
【００１９】
図１（ａ）における高周波電流制御素子５の取り付けの効果は、２つの共振の発生として次のように説明することができる。第１の共振は、アンテナ素子７から突堤形部分３を経て高周波電流制御素子５に至る電流パスによって生じる。第２の共振は、アンテナ素子７から突堤形部分３を経て基板１に至る電流パスによって生じる（ただし、地板に高周波電流が流れるため放射効率の低下を招く。つまり、第２の共振に係る共振点はそのような低下が許容される周波数であることが前提となる。）。これにギャップ部分２が寄与して、第１の共振及び第２の共振が明確に分離された２共振化を実現することができる。
【００２０】
図２は、本発明の効果をアンテナの放射効率の観点からシミュレーションにより評価した結果の一例を示したものである。図２（ａ）はシミュレーションの条件を図示したもので、基板１及びアンテナ素子７から構成された携帯無線通信装置を誘電体損失性媒質から５ｍｍの距離に置いたものとしている。この場合、誘電体損失性媒質のサイズは、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ×２００ｍｍとしている。これは、通話時に携帯無線通信装置が使用者の頭部に近接している状態を模擬したものである。
【００２１】
同図（ｂ）は、携帯無線通信装置のタイプごとにアンテナの放射効率をシミュレーションにより求めた結果を示したもので、自由空間における放射効率を１００パーセントとした場合の値である。
【００２２】
タイプ１は、基板１にギャップ部分２も高周波電流制御素子５も設けられていないタイプであり、放射効率は９パーセントである。これに対し、タイプ２は、基板１に高周波電流制御素子５のみが設けられたタイプであり、放射効率は１４パーセントである。タイプ３は、基板１にギャップ部分２のみが設けられて突堤形部分３が形成されたタイプであり、放射効率は９パーセントである。タイプ４は、基板１にギャップ部分２が設けられて形成された突堤形部分３に、高周波電流制御素子５が設けられたタイプ（実施例１）である。タイプ４の放射効率は１８パーセントで、タイプ１乃至３に比べ放射効率が高く、タイプ１又はタイプ３の２倍であることがわかる。
【００２３】
本発明の実施例１によれば、基板１にギャップ部分２と高周波電流制御素子５の両方を設けることにより、アンテナ放射効率の低下を抑えることができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、図３を参照して本発明の実施例２を説明する。図３は、本発明の実施例２に係る携帯無線通信装置について、図１（ａ）と同様に基板１、アンテナ素子７及び高周波電流制御素子５からなる構成を正面図として表したものである。図中の符号１乃至８は、すべて図１（ａ）と共通であるからそれらの説明は省略するが、基板１の対向部分４が凹凸形状をなして形成されている点が図１（ａ）と異なっている。
【００２５】
基板１の実効的な面積が小さくならないようにギャップ部分２の幅を狭くした場合、基板１の対向部分４には突堤形部分３の内部に流れる高周波電流と逆向きの高周波電流が誘導されて、不要な電磁界放射の原因となる。そこで、実施例２では、図３に示すように基板１の対向部分４の形状を凹凸としたことにより、誘導電流のパスが複雑化され、対向部分４を流れる誘導電流の発生を抑えることができる。その結果、ギャップ部分２の幅を広げたのと等価な効果を得ることができる。
【００２６】
したがって、本発明の実施例２によれば、対向部分４の形状を凹凸としたことにより、基板１のギャップ部分２の幅を凹凸形状にしない場合よりも狭くすることができるので、その分だけ基板１の面積を犠牲にしないでも済むという利点がある。
【実施例３】
【００２７】
次に、図４を参照して本発明の実施例３を説明する。図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明の実施例３に係る携帯無線通信装置について、図１（ｂ）と同様に基板１、アンテナ素子７及び高周波電流制御素子５１、５２又は５３からなる構成を斜視図として表したものである。ここで、図４（ａ）は、らせん形の導体から構成された高周波電流制御素子５１を備えた場合を、図４（ｂ）はメアンダ形の導体から構成された高周波電流制御素子５２を備えた場合を、図４(ｃ)は立方体形状の誘電体アンテナから構成された高周波電流制御素子５３を備えた場合を、それぞれ示している。このような形状の高周波電流制御素子５１又は５２は、狭いスペースでも所要の電気長を確保することができる。また、高周波電流制御素子５３は波長短縮効果により、導体よりも小さい寸法で所要の電気長を確保することができる。したがって実施例３は、携帯無線通信装置のような小型機器の用途に適している。
【００２８】
本発明の実施例３によれば、所要の電気長を有する高周波電流制御素子５１、５２又は５３を狭いスペースに実装することができる。
【実施例４】
【００２９】
次に、図５を参照して本発明の実施例４を説明する。図５は、本発明の実施例４に係る携帯無線通信装置について、図１（ａ）と同様に基板１、アンテナ素子７及び高周波電流制御素子５からなる構成を正面図として表したものである。この図の図１（ａ）との相違は、突堤形部分３の両側にギャップ部分２とギャップ部分２０を形成した形状とする点である。図１（ａ）の場合と異なり、実装上の制約等により突堤形部分３の給電点８を基板１のコーナー個所に近い位置に設けることができない構造の場合には、このように給電点８の両側の基板１又は接地パターンを切欠くことにより、図１（ａ）に示した形状と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
本発明の実施例４によれば、突堤形部分３の給電点８の位置に一定の制約がある場合でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００３１】
次に、図６を参照して本発明の実施例５を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例５に係る携帯無線通信装置について、図１（ａ）と同様に基板１、アンテナ素子７及び高周波電流制御素子５からなる構成を正面図として表したものである。ここで、図６（ａ）と図１（ａ）との相違は、ギャップ部分２に集中定数形素子９が装荷された点である。即ち、基板１と突堤形部分３の間のギャップ部分２が集中定数形素子９によって接続される形状となっている。また、図６（ｂ）と図１（ａ）との相違は、ギャップ部分２に分布定数形素子１０が装荷された点である。即ち、基板１と突堤形部分３の間のギャップ部分２が分布定数形素子１０によって接続される形状となっている。
【００３２】
これらの集中定数形素子９又は分布定数形素子１０の種類及び定数を適切に設定することによって、ギャップ部分２のインピーダンスが周波数選択性を持ち、その結果所望の周波数において選択的にインピーダンスを上げることが可能となる。
【００３３】
一例として、集中定数形素子９としてインダクタを基板１と突堤形部分３の間のギャップ部分２に装荷することにより、ギャップ部分２を挟んで対向する導体間に発生する浮遊容量と並列共振を生じ、所望の周波数において高インピーダンスにすることができる。これにより、ギャップ部分２の幅が狭くても十分な効果を奏することができる。
【００３４】
また、分布定数形素子１０としてマイクロストリップ形のフィルタを基板１と突堤形部分３の間のギャップ部分２に装荷することによっても、同様に十分な効果を奏することが可能である。
【００３５】
本発明の実施例５によれば、アンテナの放射効率の制御を周波数選択的に行うことができる。
【実施例６】
【００３６】
以下、図７を参照して、本発明の実施例６を説明する。図７は本発明の実施例６に係る携帯無線通信装置について、図１（ｂ）と同様に基板１、アンテナ素子７及び高周波電流制御素子５からなる構成を斜視図として表したものである。図中の符号１乃至５、７及び８はすべて図１（ｂ）と共通であるからそれらの説明は省略する。図７の図１（ｂ）との相違は、図１（ｂ）における電流制御点６の位置に、給電点８とは異なる周波数で給電される第２給電点８１が設けられた点にある。以下では、給電点８及び給電点８１に給電される周波数を、それぞれ第１の周波数及び第２の周波数と呼ぶ。
【００３７】
そうすると実施例１において説明した通り、高周波電流制御素子５は第１の周波数において主たるアンテナであるアンテナ素子７に対する補助的な役割を果たす電流抑制素子又は放射素子として動作する。同時に、高周波電流制御素子５は、第２の周波数において主たるアンテナとして動作する。その場合、高周波電流制御素子５から第２給電点８１を経て基板１に至る電流により放射パターンが形成される。
【００３８】
すなわち、アンテナ素子７、突堤型部分３、第２給電点８１及び高周波電流制御素子５から構成される第１のアンテナ系と、高周波電流制御素子５、第２給電点８１及び基板１の導体から構成される第２のアンテナ系を共存させ、異なる周波数で動作させることが可能である。なお、実施例２乃至実施例５に示した構成において、同様に第２給電点を設けて２周波化することもできる。
【００３９】
本発明の実施例６によれば、アンテナ素子と高周波電流制御素子とに異なる周波数でそれぞれ給電することにより２周波化することができるという、付加的な効果が得られる。
【００４０】
なお、以上の実施例１乃至６においては、ギャップ部分２が基板１を上部周縁部から縦方向に切り欠くようにして形成された図を用いて説明した。これらの図において、ギャップ部分２が基板１を左右の周縁部から横方向に切り欠くようにして形成されたとしても、まったく同様の効果が得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る携帯無線通信装置の構成を表し、（ａ）は正面図、及び（ｂ）は斜視図。
【図２】本発明の効果をシミュレーションにより評価した結果の一例を示す図。
【図３】本発明の実施例２に係る携帯無線通信装置の構成を表す図。
【図４】本発明の実施例３に係る携帯無線通信装置の構成を表す図。
【図５】本発明の実施例４に係る携帯無線通信装置の構成を表す図。
【図６】本発明の実施例５に係る携帯無線通信装置の構成を表し、（ａ）は集中定数形素子をギャップ部分に装荷した図、（ｂ）は分布定数形素子をギャップ部分に装荷した図。
【図７】本発明の実施例６に係る携帯無線通信装置の構成を表す図。
【符号の説明】
【００４２】
１  基板
２、２０  ギャップ部分
３  接地パターンの突堤形部分
４  接地パターンの対向部分
５  高周波電流制御素子
５１  らせん形の導体からなる高周波電流制御素子
５２  メアンダ形の導体からなる高周波電流制御素子
５３  誘電体アンテナからなる高周波電流制御素子
６  電流制御点
７  アンテナ素子
８  給電点
８１  第２給電点
９  集中定数形素子
１０  分布定数形素子
【図１】
2005223686.tif 000003
【図２】
2005223686.tif 000004
【図３】
2005223686.tif 000005
【図４】
2005223686.tif 000006
【図５】
2005223686.tif 000007
【図６】
2005223686.tif 000008
【図７】
2005223686.tif 000009