(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線外部インタフェース装置（３４）と無線通信を行なうことが可能な携帯電話機であって、
少なくとも長方形状のグランド用金属層（６０ａ）を含む積層基板（６０）、
前記積層基板（６０）の一角部（Ｌａ）に設けられた第１のアンテナ（４１）、
前記積層基板（６０）の表面に形成された第２のアンテナ（１）、
前記積層基板（６０）の表面に形成され、前記第１のアンテナ（４１）を介して電話用信号（Ｔｘ，Ｒｘ）の送受信を行なうための第１の送受信回路（４５，４７）、および
前記積層基板（６０）の表面に形成され、前記第２のアンテナ（１）を介して無線外部インタフェース用信号（ＴＲｘ）の送受信を行なうための第２の送受信回路（４６，４８）を備え、
前記第２のアンテナ（１）は、前記第１のアンテナ（４１）が設けられた前記積層基板（６０）の一角部（Ｌａ）とそれに対向する角（Ｌｂ）とを結ぶ対角線（Ｌ）において前記対向する角（Ｌｂ）から電話用送信信号（Ｔｘ）の波長の１／４の位置に設けられている、携帯電話機。
【請求項２】
前記第２のアンテナ（１）は、前記対向する角（Ｌｂ）から前記電話用送信信号（Ｔｘ）の波長の１／４の位置の点（Ａ）を中心とし、その短辺が前記電話用送信信号（Ｔｘ）の波長のほぼ１／２０であり、その長辺が前記電話用送信信号（Ｔｘ）の波長のほぼ１／１０であり、前記長辺が前記対角線（Ｌ）と平行な長方形状の領域内に設けられている、請求の範囲第１項に記載の携帯電話機。
【請求項３】
前記第２のアンテナ（１）は、誘電体中に形成されたヘリカル状またはメアンダ状のアンテナ導体で構成されたチップアンテナである、請求の範囲第１項に記載の携帯電話機。
【請求項４】
さらに、前記第１のアンテナ（１）と前記第１の送受信回路（４５，４７）との間に設けられ、前記第１のアンテナ（１）で受信した無線外部インタフェース用信号（ＴＲｘ）を減衰させるための共振回路（１０）を備える、請求の範囲第１項に記載の携帯電話機。
【請求項５】
さらに、前記第２のアンテナ（１）と前記第２の送受信回路（４６，４８）との間に設けられ、前記第２のアンテナ（１）で受信した電話用送信信号（Ｔｘ）を減衰させるための共振回路（２０）を備える、請求の範囲第１項に記載の携帯電話機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は携帯電話機に関し、特に、無線外部インタフェース装置と無線通信を行なうことが可能な携帯電話機に関する。
背景技術
近年、第７図に示すように、携帯電話機３１と他のデジタル機器（図ではパーソナルコンピュータ）３４にそれぞれ無線外部インタフェース装置３３，３４を設け、無線で両者間のデータの授受を行なうことを可能とする技術が提案されている。ここでは、携帯電話機３１は１．９５ＧＨｚ帯で送信するとともに２．１４ＧＨｚ帯で受信するＷ−ＣＤＭＡ方式のものとし、無線外部インタフェース装置３３，３４間は２．４５ＧＨｚ帯（ＩＳＭ帯）で送受信するものとする。
第８図は、そのような携帯電話機３１の構成を示すブロック図である。第８図において、この携帯電話機３１は、電話用アンテナ４１、無線外部インタフェース用アンテナ４２、整合回路４３，４４、電話用高周波部４５、無線外部インタフェース用高周波部４６、電話用ベースバンド部４７、および無線外部インタフェース用ベースバンド部４８を備える。
アンテナ４１は電話用の送信信号Ｔｘおよび受信信号Ｒｘの送受信に用いられ、アンテナ４２は無線外部インタフェース用の送受信信号ＴＲｘの送受信に用いられる。
整合回路４３は、第９図に示すように、コイル５１およびコンデンサ５２，５３を含む。コイル５１は、アンテナ４１の基端部４１ａと電話用高周波部４５の入出力ノード４５ａとの間に接続される。コンデンサ５２，５３は、それぞれ基端部４１ａおよび入出力ノード４５ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に接続される。整合回路４３は、アンテナ４１と高周波部４５の間の整合をとり、信号Ｒｘ，Ｔｘの入出力の高効率化を図る。
整合回路４４は、第１０図に示すように、コイル５４およびコンデンサ５５，５６を含む。コイル５４は、アンテナ４２の基端部４２ａと無線外部インタフェース用高周波部４６の入出力ノード４６ａとの間に接続される。コンデンサ５５，５６は、それぞれ基端部４２ａおよび入出力ノード４６ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に接続される。整合回路４５は、アンテナ４２と高周波部４６の間の整合をとり、信号ＴＲｘの入出力の高効率化を図る。
電話用高周波部４５は、電話用ベースバンド部４７で生成されたベースバンド信号に従ってキャリア信号を変調し送信信号Ｔｘを生成する。この信号Ｔｘは、整合回路４３およびアンテナ４１を介して電話基地局に送信される。また、電話用高周波部４５は、アンテナ４１および整合回路４３を介して与えられた受信信号Ｒｘを復調してベースバンド信号を生成し電話用ベースバンド部４７に与える。
無線外部インタフェース用高周波部４６は、無線外部インタフェース用ベースバンド部４８で生成されたベースバンド信号に従ってキャリア信号を変調し送信信号ＴＲｘを生成する。この信号ＴＲｘは、整合回路４４およびアンテナ４２を介して他の無線外部インタフェース装置３４に送信される。また、無線外部インタフェース用高周波部４６は、アンテナ４２および整合回路４４を介して与えられた受信信号ＴＲｘを復調してベースバンド信号を生成し無線外部インタフェース用ベースバンド部４８に与える。
電話用ベースバンド部４７は、電話用高周波部４５から与えられたベースバンド信号に基づいて受信データを生成する。通話時は、この受信データに基づいて音声が生成され、音声は携帯電話機の使用者に伝達される。また、電話用ベースバンド部４７は、通話時は、携帯電話機の使用者の音声に基づいて生成された送信データに従ってベースバンド信号を生成し電話用高周波部４５に与える。また、受信データおよび送信データは、携帯電話機３１の使用者の指示に従って無線外部インタフェース用ベースバンド部４８に伝達される。
無線外部インタフェース用ベースバンド部４８は、無線外部インタフェース用高周波部４６から与えられたベースバンド信号に基づいて受信データを生成する。また、無線外部インタフェース用ベースバンド部４８は、電話用ベースバンド部４７からのデータに基づいてベースバンド信号を生成し無線外部インタフェース用高周波部４６に与える。
次に、この携帯電話機３１の動作について説明する。通常の通話時は、アンテナ４１で受信された信号Ｒｘが整合回路４３を介して電話用高周波部４５に与えられ、高周波部４５によってベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は電話用ベースバンド部４７によって受話データに変換され、受話データは音声に変換されて使用者に伝達される。また、使用者の音声は送話データに変換され、送話データは電話用ベースバンド部４７によってベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は電話用高周波部４５によって送信信号Ｔｘに変換され、送信信号Ｔｘは整合回路４３およびアンテナ４１を介して基地局に送信される。
また、携帯電話機３１で受信したデータ（画像データ、音楽データ、メールなど）をパーソナルコンピュータ３２に送信する場合は、アンテナ４１で受信した信号Ｒｘが整合回路４３、電話用高周波部４５、電話用ベースバンド部４７、無線外部インタフェース用ベースバンド部４８および無線外部インタフェース用高周波部４６によって信号ＴＲｘに変換され、この信号ＴＲｘは整合回路４４およびアンテナ４２を介してパーソナルコンピュータ３２の無線外部インタフェース装置４３に送信される。
また、パーソナルコンピュータ３２に格納されているデータを携帯電話機３１に送信する場合は、パーソナルコンピュータ３２に格納されているデータが無線外部インタフェース装置３４によって信号ＴＲｘに変換され、携帯電話機３１の無線外部インタフェース３３に送信される。アンテナ４２で受信した信号ＴＲｘは無線外部インタフェース用高周波部４６および無線外部インタフェース用ベースバンド部４８によって受信データに変換されベースバンド部４８に含まれるメモリ部に記憶される。受信データは、携帯電話機３１の使用者の指示に従って、電話用ベースバンド部４７および電話用高周波部４５によって送信信号Ｔｘに変換され、この信号Ｔｘは整合回路４３およびアンテナ４１を介して基地局に送信される。
さて、このような無線外部インタフェース装置３３の実装方法として、インタフェース装置３３と携帯電話機とを別筐体に設け、２つの筐体を機械的に結合させる方法や、携帯電話機の２次電池の背面に装着する方法などが提案されている。
しかし、将来的には、第１１図に示すように、第８図で示した部分を１枚の基板６０に実装する方法が採用されると予想される。第１１図では、長方形状の基板６０表面の中央部に電話用ベースバンド部４７が配置され、その一方側に電話用高周波部＋整合回路６１が配置され、アンテナ４１の基端部が電話用高周波部＋整合回路６１に結合される。また、電話用ベースバンド部４７の他方側に無線外部インタフェース用ベースバンド部＋高周波部＋整合回路６２およびアンテナ４２が配置される。
基板６０は、少なくともグランド用メタル層６０ａ、絶縁層および配線層を含む積層基板である。グランド用メタル層６０ａは、第１２図に示すように、基板６０と同じ長方形状である。メタル層６０ａの１本の対角線の一方端とアンテナ４１の基端部との間に発振器６５が接続されている。この発振器６５は、第８図の電話用高周波部４５内に設けられており、正確にいえば整合回路４３などを介してアンテナ４１の基端部に接続されている。
この場合、第１２図に曲線で示すように、メタル層６０ａに高周波電流が流れ、アンテナ４１と４２の間に結合が生じる。このように、２つのアンテナ４１と４２の間に結合が生じた場合、次のような障害が生じる。
すなわち、第１３図に示すように、無線外部インタフェース装置３３，３４の送信信号ＴＲｘは２．４５ＧＨｚを中心にして広帯域の雑音成分を含んでおり、この雑音成分は携帯電話機３１の受信帯域（２．１４ＧＨｚ帯）にも及んでいる。したがって、この雑音成分がアンテナ４１に受信されることにより、携帯電話機３１の受信感度が劣化する。
しかも、アンテナ４１，４２間が近接しているので、アンテナ４１による受信とアンテナ４２による送信が同時に行なわれた場合、アンテナ４１においては本来の受信信号Ｒｘよりもアンテナ４２からの信号ＴＲｘの方が高レベルになってしまう。このため、電話用高周波部４５に含まれる低雑音増幅器（ＬＮＡ）の増幅特性が飽和してしまい、これにより感度が低下する。以上のことは、無線外部インタフェース装置３３側についても同様である。
発明の開示
本発明は、高感度の携帯電話機を提供することを目的とするものである。
本発明の目的は、無線外部インタフェース装置と無線通信を行なうことが可能な携帯電話機であって、少なくとも長方形状のグランド用金属層を含む積層基板と、積層基板の一角部に設けられた第１のアンテナと、積層基板の表面に形成された第２のアンテナと、積層基板の表面に形成され、第１のアンテナを介して電話用信号の送受信を行なうための第１の送受信回路と、積層基板の表面に形成され、第２のアンテナを介して無線外部インタフェース用信号の送受信を行なうための第２の送受信回路とを備え、第２のアンテナは、第１のアンテナが設けられた積層基板の一角部とそれに対向する角とを結ぶ対角線において対向する角から電話用送信信号の波長の１／４の位置に設けられている携帯電話機を提供することによって達成される。
そして、本発明の主たる利点は、積層基板の表面において第１および第２のアンテナの結合が最も弱くなる位置に第２のアンテナを設けるので、第１および第２のアンテナ間の干渉による感度の低下を小さく抑えることができ、高感度の携帯電話機を提供できることにある。
好ましくは、第２のアンテナは、対向する角から電話用送信信号の波長の１／４の位置の点を中心とし、その短辺が電話用送信信号の波長のほぼ１／２０であり、その長辺が電話用送信信号の波長のほぼ１／１０であり、長辺が対角線と平行な長方形状の領域内に設けられている。この領域内では積層基板の角に比べ１０デシベル程度第１および第２のアンテナ間の結合が弱くなる。
また好ましくは、第２のアンテナは、誘電体中に形成されたヘリカル状またはメアンダ状のアンテナ導体で構成されたチップアンテナである。この場合は、第２のアンテナを積層基板上に容易に構成できる。
また好ましくは、第１のアンテナと第１の送受信回路との間に設けられ、第１のアンテナで受信した無線外部インタフェース用信号を減衰させるための共振回路がさらに設けられる。この場合は、第２のアンテナから送信され第１のアンテナで受信された無線外部インタフェース用信号を減衰させることができ、第１および第２のアンテナ間の干渉による感度の低下をさらに小さく抑えることができる。
また好ましくは、第２のアンテナと第２の送受信回路との間に設けられ、第２のアンテナで受信した電話用送信信号を減衰させるための共振回路がさらに設けられる。この場合は、第１のアンテナから送信され第２のアンテナで受信された電話用送信信号を減衰させることができ、第１および第２のアンテナ間の干渉による感度の低下をさらに小さく抑えることができる。
発明を実施するための最良の形態
［実施の形態１］
第１図は、この発明の実施の形態１による携帯電話機の要部を示す図であって、第１２図と対比される図である。
第１図において、この携帯電話機では、長方形状のメタル層６０ａの１本の対角線Ｌの一方端Ｌａとアンテナ４１の基端部との間に発振器６５が接続され、その対角線Ｌの他方端Ｌｂからλ／４（ただし、λは携帯電話機の送信信号Ｔｘの波長である）の位置の対角線Ｌ上の点Ａを覆うようにして無線外部インタフェース装置用のアンテナ１が配置される。
また、アンテナ１は、短辺がλ／２０で長辺がλ／１０の長方形状であり、その中心が点Ａに位置し、その長辺が対角線Ｌと平行になるように配置される。計算の簡単化のため送信信号Ｔｘを２ＧＨｚとすると、λは約１５０ｍｍとなり、λ／４＝３７．５ｍｍ、λ／１０＝１５ｍｍ、λ／２０＝７．５ｍｍとなる。アンテナ１は、誘電体材料中に形成されたヘリカル状またはメアンダ状のアンテナ導体で構成されたチップアンテナである。アンテナ１の位置以外は第７図〜第１３図で示した携帯電話機３１と同じであるので、その説明は繰返さない。
以下、アンテナ１をこのような領域Ｓに設けた理由について説明する。第２図は、基板６０のメタル層６０ａを流れる高周波電流の波面を示す図である。第２図において、高周波電流の進行波の波面は実線で示され、反射波の波面は点線で示されている。高周波電流の波は、発振器６５が接続された点Ｌａから対角線Ｌの延在方向に進行し、対角線Ｌの他方端Ｌｂで反射して進行波と逆方向に伝搬する。したがって、点Ｌｂが開放端となり、第３図に示すように、点Ｌｂで電界強度が最大になり、点Ｌｂからλ２／４の位置の対角線Ｌ上の点Ａで電界強度が最小になる。また、点Ａを中心とした上記λ／２０×λ／１０の領域Ｓでは、対角線Ｌの他方端Ｌｂよりも１０デシベル程度アンテナ４１と１の間の結合が弱くなる。
第４図は、メタル層６０ａおよびその周辺の電界強度分布の計算結果を示す図である。この分布図からも点Ａにおいて電界強度が最低レベルになること、すなわちアンテナ１を点Ａに配置することによりアンテナ４１と１の結合を最も弱くすることができアンテナ４１，１間の干渉による感度低下を防止することができることがわかった。なお、メタル層６０ａの四隅の近傍の点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで電界強度が最高レベルになるので、アンテナ１をメタル層６０ａの四隅に配置するとアンテナ４１と１の結合が強くなり、アンテナ４１，１間の干渉による感度低下が大きくなる。
以上のように、この実施の形態１では、基板６０の表面においてアンテナ４１，１間の結合が最も小さくなる領域Ｓにアンテナ１を配置するので、アンテナ４１，１間の干渉による感度の低下を小さく抑えることができる。
なお、この実施の形態１では、λ／２０×λ／２０のアンテナ１をλ／２０×λ／１０の領域Ｓに配置したが、アンテナ１よりも小さなアンテナを領域Ｓ内に配置してもよいし、アンテナ１よりも若干大きなアンテナを領域Ｓを覆うようにして配置してもよい。
また、アンテナ１の長辺が対角線Ｌと平行になるように配置したが、アンテナ１の長辺がメタル層６０ａの長辺と平行になるように配置してもよい。この場合は、アンテナ４１，１間の結合が若干強くなるが、基板６０上の実装効率が高くなる。
［実施の形態２］
第５図および第６図は、この発明の実施の形態２による携帯電話機の整合回路１０，２０を示す回路ブロック図であって、第９図および第１０図と対比される図である。
第５図において、この整合回路１０は、アンテナ４１と電話用高周波部４５の間の整合をとって信号Ｒｘ，Ｔｘの入出力の高効率化を図るとともに、アンテナ４１で受信した無線外部インタフェース用の信号ＴＲｘを減衰させて携帯電話機の受信感度の低下を防止するものである。このため、整合回路１０は、無線外部インタフェース用の信号ＴＲｘを減衰させる共振特性を有している。
具体的には、整合回路１０は、コイル１１〜１３およびコンデンサ１４〜１６を含む。コイル１１およびコンデンサ１４は、アンテナ４１の基端部４１ａと電話用高周波部４５の入出力ノード４５ａとの間に並列接続される。コンデンサ１５およびコイル１２は、基端部４１ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。コンデンサ１６およびコイル１３は、入出力ノード４５ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。コイル１１〜１３のインダクタンスの各々およびコンデンサ１４〜１６のキャパシタンスの各々を適値に設定することにより、上記の整合および共振特性を得ることができる。
また第６図において、この整合回路２０は、アンテナ１と無線外部インタフェース用高周波部４６の整合をとって信号ＴＲｘの入出力の高効率化を図るとともに、アンテナ１で受信した電話用の送信信号Ｔｘを減衰させて無線外部インタフェース装置の受信感度の低下を防止するものである。このため、整合回路２０は、電話用の信号Ｔｘを減衰させる共振特性を有している。
具体的には、整合回路２０は、コイル２１〜２３およびコンデンサ２４〜２６を含む。コイル２１およびコンデンサ２４は、アンテナ１の基端部１ａと無線外部インタフェース用高周波部４６の入出力ノード４６ａとの間に並列接続される。コンデンサ２５およびコイル２２は、基端部４２ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。コンデンサ２６およびコイル２３は、入出力ノード４６ａと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。コイル２１〜２３のインダクタンスの各々およびコンデンサ２４〜２６のキャパシタンスの各々を適値に設定することにより、上記の整合および共振特性を得ることができる。
他の構成および動作は実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
この実施の形態２では、電話用アンテナ４１と電話用高周波部４５の間の整合回路１０にアンテナ４１で受信した無線外部インタフェース用の信号ＴＲｘを減衰させる共振特性を持たせるとともに、無線外部インタフェース用アンテナ４２と無線外部インタフェース用高周波部４６の間の整合回路２０にアンテナ４２で受信した電話用の送信信号Ｔｘを減衰させる共振特性を持たせたので、アンテナ４１，１間の干渉による感度低下を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態１による携帯電話機の要部を示す図、
第２図は、第１図に示したグランド用メタル層に流れる高周波電流の波面を示す図、
第３図は、第２図に示したグランド用メタル層における電界強度を示す図、
第４図は、第２図に示したグランド用メタル層およびその周辺における電界強度分布の計算結果を示す図、
第５図は、本発明の実施の形態２による携帯電話機の整合回路１０の構成を示す回路ブロック図、
第６図は、第５図で説明した携帯電話機の整合回路２０の構成を示す回路ブロック図、
第７図は、従来の携帯電話機の使用方法を説明するための斜視図、
第８図は、第７図に示した携帯電話機の構成を示すブロック図、
第９図は、第８図に示した整合回路４３の構成を示す回路ブロック図、
第１０図は、第８図に示した整合回路４４の構成を示す回路ブロック図、
第１１図は、第７図に示した携帯電話機の内部構造を示す図、
第１２図は、第７図に示した携帯電話機の問題点を説明するための図、
第１３図は、第７図に示した携帯電話機の問題点を説明するための周波数スペクトル図である。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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