(57)【要約】      （修正有）【課題】導電体に載置された場合でも、アンテナ利得の低下を抑制できる携帯無線機を提供する。【解決手段】筐体内に配置された回路基板１１と、筐体に設けられ、回路基板１１と電気的に接続された第１のアンテナ，第２のアンテナ１４と、回路基板１１のグランド部に電気的に接続された導電部材１５と、を備え、筐体が導電体３１に載置された場合、第１，第２の一方のアンテナと導電体３１とが電磁結合し、導電部材１５と導電体３１とが電磁結合する。【選択図】図３
2013232814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に配置された回路基板と、
前記回路基板に実装された無線回路部と、
前記筐体に設けられ、前記回路基板と電気的に接続された第１のアンテナと、
前記筐体に設けられ、前記回路基板と電気的に接続された第２のアンテナと、
前記回路基板のグランド部に電気的に接続された導電部材と、
を備え、
前記筐体が導電体に載置された場合、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうちの一方のアンテナと前記導電体とが電磁結合し、前記導電部材と前記導電体とが電磁結合する携帯無線機。
【請求項２】
請求項１に記載の携帯無線機であって、
前記一方のアンテナと前記導電体とが電磁結合し、前記導電部材と前記導電体とが電磁結合することにより、電気的な経路を形成し、前記電気的な経路は、他方のアンテナの通信周波数帯において共振する携帯無線機。
【請求項３】
請求項２に記載の携帯無線機であって、
前記電気的な経路の長さは、前記他方のアンテナの動作周波数に対応する波長の略１／２波長である携帯無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スマートフォン等の携帯無線機に関する。特に、少なくとも２つのアンテナを備えた携帯無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、タブレットタイプの携帯無線機が急速に普及している。特に、携帯電話の高速通信規格であるＬＴＥに対応した端末が市場に投入され始めている。また、スマートフォン等の使用形態としては、インターネットを行うための端末、つまりスマートフォン等をブラウザとして使用することも多く、机上に置いた状態で使用する機会がこの先も増加するものと想定される。しかし、インターネットに接続するためには携帯電話の３Ｇ回線を用いる必要があり、端末を金属板上（金属製の机上など）に置いた場合、金属が近接する影響によってアンテナの性能が劣化し、端末のスループットが劣化することがあった。
【０００３】
そこで、例えば、下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、筐体のアンテナ取付け部分に突起を設けたことによって、端末を金属板上に置いたときにアンテナが取付けられた側の端部を金属板から浮かせることができ、金属板の影響を軽減してアンテナの感度を良好な状態にした。
【０００４】
また、下記の特許文献２が知られている。特許文献２には、端末を机上等に置いた時でも、使用者が端末を持って使用している時でも、安定したアンテナ特性を確保できる携帯無線端末装置が開示されている。この携帯無線端末装置は、筐体内部の表示手段と反対側（筐体の背面側）に第１のアンテナを設け、表示手段の周部に第２のアンテナを設ける。これにより、端末を机上に置いた時でも、第２のアンテナは机から離れた位置に配置される。また、使用者の指が第１のアンテナ部分にかかった時でも、第２のアンテナは指から離れた位置に配置されている。よって、第１のアンテナのみを設けた場合よりも安定したアンテナ特性を確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２５０２１号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された携帯無線端末では、筐体に突起部を設けるため、携帯無線端末のデザイン性が低下する。
【０００７】
また、特許文献２に開示された携帯無線端末装置では、本来１つのアンテナを設ければ済むものに対し、アンテナ特性向上のために２つのアンテナを設けることが必要である。従って、実装スペースが大きくなり、コストが高くなる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導電体に載置された場合でも、アンテナ利得の低下を抑制できる携帯無線機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の携帯無線機は、筐体と、前記筐体内に配置された回路基板と、前記回路基板に実装された無線回路部と、前記筐体に設けられ、前記回路基板と電気的に接続された第１のアンテナと、前記筐体に設けられ、前記回路基板と電気的に接続された第２のアンテナと、前記回路基板のグランド部に電気的に接続された導電部材と、を備え、前記筐体が導電体に載置された場合、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの一方のアンテナと前記導電体とが電磁結合し、前記導電部材と前記導電体とが電磁結合する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の携帯無線機によれば、導電体に載置された場合でも、アンテナ利得の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態における携帯無線機の外観例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【図２】実施形態における携帯無線機の筐体内に収納される部材の一例を示す図
【図３】実施形態における携帯無線機を金属板上に置いたときに形成されるループ状の電気的な経路の一例を示す模式図
【図４】実施形態におけるアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示す図であり、（ａ）は携帯無線機を自由空間に置いたとき、（ｂ）は携帯無線機を金属板上に置いたときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
携帯無線機には、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、モバイルノート、ネットブック、スレートＰＣ、タブレットＰＣ、ノートパソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）が含まれる。
【００１４】
図１は、携帯無線機１の一例を示す外観図である。携帯無線機１は、筐体２、表示部３、レシーバ音孔（受話器）４、及びキー５を備えている。筐体２は、略方形状を有しており、非導電性の部材により形成されている。表示部３は、筐体２の前面に設けられ、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成される表示画面を有する。レシーバ音孔（受話器）４は、筐体２の前面上部に設けられており、筐体２に内蔵されているスピーカの音を放出する音孔である。キー５は、筐体２の前面下部に設けられており、例えば決定ボタン、選択ボタンである。
【００１５】
図２は、携帯無線機１の筐体２内に収納されている各部材を示している。携帯無線機１は、回路基板１１、無線回路部１２、第１のアンテナ１３、第２のアンテナ１４、追加素子１５、第１のアンテナ１３の給電点１６、第２のアンテナ１４の給電点１７、及び無線回路部１２の給電点１８を備える。
【００１６】
携帯無線機１は、例えばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）対応の端末であり、データ通信と電話機能とに対応可能なセルラー用の２つのアンテナ（第１のアンテナ１３および第２のアンテナ１４）を備える。なお、アンテナの数はこの形態に限定されるものではなく、２つ以上設けられていればよい。
【００１７】
回路基板１１は、表示部３の表示画面と略平行に配置され、例えば矩形状を有した基板である。回路基板１１の両面には、回路パターンおよびグランドパターンが形成されており、図２では省略されているが、多数の電子部品等が実装されている。
【００１８】
無線回路部１２は、回路基板１１上に配設されている回路であり、無線回路部１２の入出力端子が回路基板１１上に設けられた給電点１８に接続されている。また、無線回路部１２のグランドは、回路基板１１のグランドパターンに接続されている。
【００１９】
第１のアンテナ１３は、例えばセルラー用のアンテナであり、回路基板１１の給電点１６に接続されている。第１のアンテナ１３は、例えばセルラーメインアンテナとして動作する。
【００２０】
第２のアンテナ１４は、例えばセルラー用のアンテナであり、回路基板１１の給電点１７に接続されている。第２のアンテナ１４は、例えばセルラーサブアンテナとして動作する。
【００２１】
第１のアンテナ１３と第２のアンテナ１４とは、回路基板１１上の例えば離れた位置、例えば対向する端辺の近傍にそれぞれ配設されている。図２の例では、回路基板１１の対向する辺２１と辺２２の近傍に、すなわち辺２１の近傍に第１のアンテナ１３が、辺２２の近傍に第２のアンテナ１４が、それぞれ配設されている。
【００２２】
追加素子１５は、導電性の部材（例えば、板金、フレキ基板）により構成される。追加素子１５の一端部は、回路基板１１のグランドパターンに接続されている。追加素子１５の配設位置は、図２の配設位置に限定されない。詳しい位置関係については、図３において後述する。
【００２３】
また、第２のアンテナ１４と追加素子１５との配設位置は、必ずしも図２の位置に限定されるものではない。例えば、回路基板１１の辺２２に隣接する辺２３あるいは辺２４の近傍であって、第１のアンテナ１３から離れた位置に配設してもよい。同様に、第１のアンテナ１３の配設位置についても、図２の位置に限定されない。さらに、第１のアンテナ１３および第２のアンテナ１４の配設されている向きも、図２の向きに限定されない。
【００２４】
図３は、携帯無線機１を金属板３１に置いた（載置した）ときに生じる電磁結合の様子、および高周波的なループ状の経路を模式的に示す図である。金属板３１は、例えば、スチール机等の金属製の机である。なお、図３では、説明の理解を容易にするために、携帯無線機１の筐体２部分については図示を省略し、回路基板１１と回路基板１１に接続された第２のアンテナ１４及び追加素子１５とを示している。
【００２５】
第２のアンテナ１４は、回路基板１１の給電点１７に接続されている。また、追加素子１５の一端部、すなわち図３における回路基板１１側の一端部は、回路基板１１のグランドパターンに接続されている。第２のアンテナ１４および追加素子１５は、金属板３１との間において電磁結合を生じさせるために、回路基板１１から金属板３１に向かうように設けられている。
【００２６】
第２のアンテナ１４及び金属板３１並びに追加素子１５及び金属板３１は、それぞれ面で近接することによって、それぞれの部材間に容量３２，３３を有する。各部材の面とは、図３では、第２のアンテナ１４の面３４、追加素子１５の面３５、及び金属板３１の面３６を指す。
【００２７】
部材間に容量３２，３３を有することによって、第２のアンテナ１４及び金属板３１並びに追加素子１５及び金属板３１が、高周波的に接続されて電磁結合する。これにより、第２のアンテナ１４、追加素子１５、及び回路基板１１が、金属板３１を介してループ状の電気的な経路を構成する。図３に示される破線３７の経路が、ループ状の経路を表している。
【００２８】
ループ状の経路３７が生じることによって、アンテナ電流が流れる電気的なルートが延長されることになる。アンテナ電流は、電子部品を含めた回路基板１１にも流れるので、これらの各部材も含めた全体でアンテナとして動作することになる。従って、携帯無線機１は、第２のアンテナ１４と追加素子１５とによって、所望の周波数帯の高周波信号を放射する共振を生じさせることができる。所望の周波数とは、例えば、第１のアンテナ１３の通信周波数であり、通常時（例えば金属板３１に載置していない時）における第１のアンテナ１３の共振周波数に近似する。
【００２９】
電磁結合が生じ、ループ状の経路３７が形成されるかどうかは、第２のアンテナ１４の面３４の面積、追加素子１５の面３５の面積、及び面３４、３５と金属板３１の面３６との距離３８、３９によって決定される。つまり、第２のアンテナ１４及び追加素子１５と金属板３１との対向面の面積及び部材間の距離によって、第２のアンテナ１４と金属板３１との間及び追加素子１５と金属板３１との間に生じるキャパシタの容量３２及び容量３３が決定される。その結果、電磁結合が生じるかどうかが決定される。例えば、第２のアンテナ１４及び追加素子１５と金属板３１との対向面の面積が約５０ｍｍ２以上及び部材間の距離が約５ｍｍ以下の条件を満たすときに、電磁結合が発生する。
【００３０】
なお、携帯無線機１を金属板３１に置いた場合には、図示を省略している筐体２の背面壁が、第２のアンテナ１４と金属板３１との間及び追加素子１５と金属板３１との間に配置されることになる。
【００３１】
ループ状の経路３７の長さは、第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４の動作周波数の波長と所定の関係を満たすように設定されている。例えば、ループ状の経路３７の長さは、第１のアンテナ１３の動作周波数の波長の略１／２波長になるように設定されている。追加素子１５は、ループ状の経路３７の長さが、この所定の関係を満たすような位置に配設される。なお、第１のアンテナ１３と第２のアンテナ１４との動作周波数は、例えば同じ周波数に設定される。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）は、第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４のＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）の一例を示す図である。ＶＳＷＲは、各周波数に対するアンテナインピーダンスの整合度合いを示す。図４（ａ），（ｂ）の矩形状に囲まれた領域４１および領域４２は、例えばセルラー通信用帯域の８００ＭＨｚ帯および２ＧＨｚ帯を示す。
【００３３】
また、ＬＴＥ対応の端末の場合、例えば、ｆ１＝８００（ＭＨｚ）、ｆ２〜ｆ３＝１．７〜２．０（ＧＨｚ）に設定できる。携帯無線機１は、例えば第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４の共振周波数が８００ＭＨｚ帯および２ＧＨｚ帯の周波数になるように設計されている。
【００３４】
図４（ａ）は、携帯無線機１を自由空間に置いた場合（例えば、非金属製の部材上に置いた場合）のアンテナのＶＳＷＲを示している。携帯無線機１を自由空間に置いた場合には、携帯無線機１のアンテナは、予め設計した所定の周波数帯（例えば８００ＭＨｚの周波数帯と２ＧＨｚの周波数帯）において共振する。
【００３５】
すなわち、例えば第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４の共振周波数帯域を示すＶＳＷＲ曲線４３、４４は、セルラー通信用帯域の８００ＭＨｚ帯領域４１及び２ＧＨｚ帯領域４２において最小値を示す。最小値の位置では、アンテナは、インピーダンスの整合がとれた最もアンテナ性能の良好な状態になっている。なお、携帯無線機１を自由空間に置いた場合には、第１のアンテナ１３と第２のアンテナ１４は、いずれも同様のＶＳＷＲ周波数特性を示す。
【００３６】
図４（ｂ）は、携帯無線機１を金属板３１上に置いた場合の第１のアンテナ１３のＶＳＷＲを示している。携帯無線機１を金属板３１の上に置いた場合には、金属が第１のアンテナ１３および第２のアンテナ１４に近接する状態となる。近接する金属の影響によって、第１のアンテナ１３による共振周波数帯域を示すＶＳＷＲ曲線は、図４（ａ）に示すＶＳＷＲ曲線４３から、図４（ｂ）に示すＶＳＷＲ曲線４３ａに変化する。そして、その共振周波数は、８００ＭＨｚ帯領域４１内の周波数から領域４１外の周波数（ｆ０［ＭＨｚ］）に移動する。すなわち、第１のアンテナ１３素子による共振周波数は、例えばｆ１からｆ０へ（周波数の低い方へ）ずれる。
【００３７】
しかし、上述した電磁結合によって、第２のアンテナ１４と追加素子１５と回路基板１１が金属板３１を介して高周波的に接続されたループ状の経路３７を構成する。これにより、８００ＭＨｚ帯領域４１内において、第２のアンテナ１４と追加素子１５とによる高周波信号の放射に寄与する共振を生じさせることができる。そして、この共振による放射によって、第１のアンテナ１３のＶＳＷＲ特性は、図４（ｂ）に示されるように、実線のＶＳＷＲ曲線（共振周波数帯域）４３ａに、破線のＶＳＷＲ曲線（共振周波数帯域）４３ｂを合わせたＶＳＷＲ曲線（共振周波数帯域）になる。
【００３８】
よって、携帯無線機１を金属板３１上に置いた場合でも、第１のアンテナ１３を８００ＭＨｚの周波数帯において共振させることができ、第１のアンテナ１３の利得の低下を防止できる。このように、携帯無線機１を金属板３１上に置いた場合には、第２のアンテナ１４と追加素子１５とは、第１のアンテナ１３素子の補助素子として動作する。
【００３９】
なお、本実施形態では、追加素子１５を、第２のアンテナ１４側（第２のアンテナ１４が配設された辺２２の近傍）に設けているが、第１のアンテナ１３側（第１のアンテナ１３が配設された辺２３の近傍）に設けてもよい。
【００４０】
この場合、携帯無線機１を金属板３１に置くことによって生じる第２のアンテナ１４の利得の低下を、第１のアンテナ１３と追加素子１５とによる共振の発生によって改善できる。つまり、第１のアンテナ１３と追加素子１５とを、第２のアンテナ１４の補助素子として動作させてもよい。
【００４１】
このように、携帯無線機１は、筐体２と、筐体２内に配置された回路基板１１と、回路基板１１に実装された無線回路部１２と、を備える。また、携帯無線機１は、筐体２に設けられ、回路基板１１と電気的に接続された第１のアンテナ１３と、筐体２に設けられ、回路基板１１と電気的に接続された第２のアンテナ１４と、前記回路基板のグランド部に電気的に接続された導電部材と、を備える。筐体２が導電体に載置された場合、第１のアンテナ１３及び第２のアンテナ１４の一方のアンテナと導電体とが電磁結合し、導電部材と導電体とが電磁結合する。
【００４２】
グランド部は、例えばグランドパターンである。導電部材は、例えば追加素子１５である。導電体は、例えば金属板３１である。
【００４３】
携帯無線機１によれば、電磁結合により、導電体を介したループ状の電気的な経路が形成されることによって、アンテナ電流が流れる電気的なルートが延長される。アンテナ電流は、電子部品を含めた回路基板１１にも流れ、これらの各部材も含めた全体でアンテナとして動作する。これにより、一方のアンテナと導電部材による放射に寄与した共振を生じさせることができ、導電体の影響によるアンテナ利得の低下を抑制できる。
【００４４】
また、携帯無線機１は、一方のアンテナと導電体とが電磁結合し、導電部材と導電体とが電磁結合することにより、電気的な経路を形成し、電気的な経路は、他方のアンテナの通信周波数帯において共振してもよい。電気的な経路は、例えばループ状の経路３７である。
【００４５】
これにより、導電体の影響により、他方のアンテナの共振周波数がずれ、他方のアンテナによる通信特性が劣化するが、電気的な経路がアンテナとして動作することで、通信特性の劣化を補償できる。
【００４６】
また、携帯無線機１は、電気的な経路の長さが、他方のアンテナの動作周波数に対応する波長の略１／２波長でもよい。
【００４７】
これにより、他方のアンテナの動作周波数において確実に共振できる。
【００４８】
また、携帯無線機１は、第２のアンテナ１４および追加素子１５の金属板３１に対する面３４，３５の面積と距離３８，３９を設定してもよい。これにより、第２のアンテナ１４と金属板３１との間、および追加素子１５と金属板３１との間に電磁結合が生じさせることができる。電磁結合が発生した場合、所定の周波数帯において第２のアンテナ１４と追加素子１５とによる放射に寄与する共振が生じる。共振による放射によって、確実に第１のアンテナ１３の利得の低下を防止し、携帯無線機１の高いスループットを維持できる。
【００４９】
また、携帯無線機１は、第２のアンテナ１４と追加素子１５と回路基板１１とを含めて金属板３１を介したループ状の経路３７の長さを、第１のアンテナ１３および第２のアンテナ１４の動作周波数の波長と所定の関係を満たすように設定してもよい。これにより、携帯無線機１を金属板３１上に置いたとき、予め設定した所望の周波数帯に共振を生じる。共振による放射によって、第１のアンテナ１３の利得の低下を防止し、携帯無線機１の高いスループットを維持できる。
【００５０】
また、携帯無線機１は、追加素子１５を筐体２内に収納して設けてもよい。これにより外観的にも追加素子１５によって支障をきたすことなく、携帯無線機１の高いデザイン性を確保できる。また、追加素子１５を付け加えることで、第１のアンテナ１３の利得の低下を確実に防止できるので、大きな実装スペースを必要とせず、デザイン性のほかコスト面でも大きなメリットを有する。
【００５１】
なお、上記実施形態では、第１のアンテナ１３および第２のアンテナ１４として共にセルラー用のアンテナを用いる場合について説明した。しかし、この形態に限定されるものではなく、例えば、第１のアンテナ１３をセルラー用のアンテナとし、第２のアンテナを例えばアプリケーション用のアンテナとしてもよい。アプリケーション用のアンテナとは、例えば、ＧＰＳ用、ワンセグ（登録商標）用、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）用、Ｗ−ＬＡＮ用、又はＦｅｌｉＣａ（登録商標）用のアンテナである。このような組合せのアンテナを搭載した携帯無線機であっても、携帯無線機１の場合と同様の作用効果を得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、導電体に載置された場合でも、アンテナ利得の低下を抑制できる携帯無線機等に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１    携帯無線機
２    筐体
３    表示部
１１  回路基板
１２  無線回路部
１３  第１のアンテナ
１４  第２のアンテナ
１５  追加素子
１６、１７、１８  給電点
３１  金属板
３７  ループ状の経路
４１、４２  領域
４３、４３ａ、４３ｂ、４４  ＶＳＷＲ曲線
【図１】
2013232814.tif 000003
【図２】
2013232814.tif 000004
【図３】
2013232814.tif 000005
【図４】
2013232814.tif 000006