JP3809474B2 - アンテナ効率の高い無線電話機 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は無線電話機に関し、好ましくはセルラ電気通信に使用されるもので、好ましくは装置ハウジングと少なくとも一つのアンテナを含んでなり、このアンテナは、一定の波長範囲内の無線周波数電磁波を送信し受信することにより、無線電話機の無線通信を遂行する装置ハウジングに装着または接続されている。
先行技術の説明
最近十年間に、上記の技術的分野は非常に急速な成長の主題であった。ポータブル移動電話機が一層コンパクトで実用的になったので、人気を獲得し、今日移動電話機は、多くの国で人口の大部分により使用されている。
今日の小型軽量移動電話機の抱える一つの問題は信号劣化であって、これは移動電話機のアンテナが人間の身体、特に手と頭に近く配置されているために、通話中に起こる。身体とアンテナ近くのフィールド（ｆｉｅｌｄ）の間のこの相互作用は、通常アンテナ特性の劣化の原因になるが、それは主として反射と吸収の損失のためである。アンテナとユーザの間の距離を短くすればするほど、信号劣化が大きくなる。これは、充分なアンテナ性能の要件を物理的なコンパクトと堅牢の要件とを共に達成するのが難しいことを意味する。
現代の移動電話機は、より長い半波長タイプに加えて、またはその代わりに、しばしば1／4波長タイプのアンテナを使用する。1／4波長アンテナは、特にアンテナがヘリックスアンテナ（ｈｅｌｉｘ ａｎｔｅｎｎａ）として実現された場合に、小型で頑丈な利点を有する。1／4アンテナの一つの特徴は、移動電話機のシャシ内またはシャシ上に、それが電流を生成することである。実用的な理由からシャシは金属または金属で被覆したプラスチックで作られていて、シャシが導電性を有するので、そうしたシャシ電流自体が電磁界を生成して、上記にようにユーザとの相互作用のために、そこでアンテナの効率が低下する。
アンテナの高効率が求められるのは、たとえば信号対ノイズ比の改良のように、通信品質が改良されるためだけでなく、これが電力消費の減少をもたらし、その結果として、熱の発生の減少と共に、使用時間の延長をもたらすからである。アンテナ効率を改良するために、アンテナとユーザの頭の間の距離を最大化することが、先に知られている。ＪＰ−Ａ−７２１２８２２およびＥＰ−Ａ−０ ６８９ ２９７に与えられた例では、移動電話機のロングサイドの頂部にアンテナが配置され、一方、スピーカとマイクロフォンが対向するロングサイドに配置されている。こうして、前記スピーカとマイクロフォン付きのロングサイドがユーザの頭と接触を保ち、一方、前記アンテナと対向するロングサイドにユーザから比較的に遠くなるような仕方で電話機が保持されるようになっている。
ＤＥ−Ａ−４３ ００ ７０５はポータブル電話機を開示し、電話機本体内で高周波電流が生成されるのを防止するための仮想接地面として作用するように、そこに導体プレートが配置されている。
更に、電磁的な放射を遮蔽し、吸収し、反射する手段を移動電話機に備えることが知られている。そうした手段は、ユーザに面するアンテナの側面に沿って配置され、また電話機シャシの上または中にも配置される。この種の先に知られた無線電話機の例は、ＵＳ−Ａ−５ ４９３ ７０４、ＵＳ−Ａ−５ ３３５ ３６６、ＷＯ９５／３１０４８、ＪＰ−Ａ−７１２３４６３に開示されている。
発明の要約
この発明の一つの主要な目的は、電気的エネルギー損失を減少させ、そしてアンテナとユーザの間の相互作用を最小化することにより、無線電話機をコンパクトなサイズと通信に良く適したアンテナにより実現する機会を制限せずに、高いアンテナ効率を有する無線電話機を提供することである。
この発明のある実施例の更なる目的は、ディスプレイとキーパッドのための大きな空間を有する小型無線電話機を提供することである。
上記の主要な目的は、装置ハウジングおよび少なくとも一つのアンテナを含んでなる無線電話機、好ましくはセルラ電気通信のための無線電話機により達成され、前記アンテナは、所定の波長範囲内の無線周波数電磁波を送信し受信することにより、前記無線電話機の無線通信を遂行するために、前記装置ハウジングに装着または接続され、前記アンテナと、ユーザの人と通常接触する前記無線電話機の側面との間に、電流減少手段が装着され、前記電流減少手段は導電性と共に誘電性を有し、前記アンテナと前記無線電話機の前記側面の間の装置ハウジングの中および／または上に存在する電流を減少または除去するように配置されている。
この発明の好ましい実施例は、後述する従属請求項により定義される。
図面の簡単な説明
添付図面を参照しながら、以下にこの発明を一層詳細に説明する。
図１は、先行技術によるポータブル電話機の概略の正面図である。
図２は、図１による先行技術の無線電話機の側面図である。
図３は、図１および図２による無線電話機の使用の概略を図示する。
図４は、この発明の好ましい実施例によるポータブル無線電話機の概略の正面図である。
図５は、図４による無線電話機の側面図である。
図６は、図４と図５による無線電話機の上部の透視図である。
図７は、この発明による無線電話機内に配置された電流減少手段の概略図である。
図８は、この発明による無線電話機の使用の概略図である。
発明の詳細な開示
前置きとして、従来の設計の典型的な無線電話機を使用したときの上記の諸問題と欠点を、図１ないし図３を使用して、これから議論する。既知の無線電話機は、装置ハウジング１０、アンテナ１１、バッテリ１２、スピーカ１４、マイクロフォン１５、ディスプレイ１６、キーパッド１７を含んでなる。アンテナ１１は、無線電話機の頂部に装着された４／１波長アンテナであるので、小型の利点を提供する。スピーカ１４とマイクロフォン１５は、共に無線電話機の正面１３に配置されるので、キーパッド１７と、特にディスプレイ１６に利用できる空間が制限される。
図３によれば、ユーザ１が無線電話機を世界の他の人たちとの無線通信のために使用しようとしている。進行中の通話の間、無線電話機の正面１３は、ユーザの頭と接触している。こうして、上記の設計により、アンテナ１１と頭１の間の距離ｄが非常に短いために、これにより信号劣化がもたらされ、これは無視できるものでなく、反対に、かなりのものである。実際、距離ｄは１０ｍｍほどの短いものである。アンテナ１１が４／１波長タイプである状況において、上記のように、シャシ内に生成する電流のためにこの問題が更に大きくなる。
図４に、この発明の好ましい実施例による無線電話機の正面図を示す。図５は、この無線電話機の側面図を図示し、図６は、この無線電話機の上部の透視図である。この無線電話機は、装置ハウジング２０を含んでなり、その上にアンテナ２１が配置されている。アンテナ２１は、それ自体周知の設計、好ましくは１／４波長タイプの設計を有し、装置ハウジング２０の第１，長側部，ロングサイド（ｌｏｎｇｓｉｄｅ）に近接して配置される。装置ハウジングは金属または金属被覆されたプラスチック（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）のような適当な物質からなり、その目的は、とりわけ、外部の影響に対してこの無線電話機の内部構成要素を保護して、ユーザに便利な「ハンドル」を提供し、他の構成要素のためにシャシとして作用することである。更に、この無線電話機はディスプレイ２６とキーパッド２７を含んでなり、これらはそれ自体周知であり、この無線電話機の正面に配置されている。バッテリ２２がこの無線電話機の後部に配置され、それは図５に破線で図式的に示されているとおりである。
上述した従来の設計と異なり、好ましい実施例によるスピーカ２４とマイクロフォン２５は共に、この無線電話機の第２，長側部，ロングサイド２３に配置される。この第２ロングサイドは前記第１ロングサイドに対向して配置され、そこへアンテナ２１が配置される。マイクロフォン２５は、無線電話機から延伸するホイップ素子２８の端部に装着される。図８によれば、この配置は、ユーザが通話中に無線電話機を頭に当てて持つときに、アンテナ２１とユーザ１の間に、これまでよりもかなり長い距離を提供する。この配置は、特にディスプレイ２６のためにより大きな領域を可能にするという更なる長所を有する。このディスプレイ２６は、図１ないし図３による従来の電話機におけるディスプレイ１６の少なくとも２倍に大きく、これによりユーザフレンドリであることに関して重要な長所を提供する。その上、より多くの、および／または、より長い本文の行、またはより大きな文字サイズを有する機会に加えて、このディスプレイが文字のみをベースにするのではなく、グラフィックの種類のものになり得る。
この発明の最も重要な特徴は、アンテナ２１と無線電話機の前記第２ロングサイド２３の間の装置ハウジング２０に配置された電流減少手段である。この手段の目的は、装置ハウジング内に存在するシャシ電流を減少または除去して、電気的エネルギーの損失を極小化することである。さもなければそうしたシャシ電流がしばしば起こり、特にアンテナが１／４波長の長さの場合に起こる。この発明の好ましい実施例によれば、電流減少手段は１／４波長のプレートで構成され、ほぼＬ型断面の金属または他の導電物質の素子３０を含んでなる（図４と図７を参照）。素子３０からなる上部と装置ハウジング２０からなる下に横たわる部分の間にスロットが形成される。
１／４波長のプレートは、図７に略図で示される。このプレートは、ある所定の周波数範囲内で、電流ｉに対する帯域消去フィルタ（ｂａｎｄ−ｓｔｏｐ ｆｉｌｔｅｒ）として作用する特徴的な機能を有する。アンテナにより送信される信号の搬送周波数において、長さｌが波長の１／４に対応すれば、１／４波長のプレート内に定在波現象が起こり、そしてそのとき１／４波長アンテナから生じる電流がプレートを流れる。定在波のおかげでインピーダンスがほとんど無限に大きくなり、これによりほぼ完全に電流が遮断される。これは、図７の上部に電流プロファイル図として図式的に示されており、１／４波長プレートの長さの延伸にそって、電流の大きさがますます小さくなってゆき、１／４波長プレートの遠いほうの端（図面の最右端）ではほとんど消失することが、図７からわかる。
ＧＳＭのような移動電気通信システムでは、約９００ＭＨｚの搬送周波数が使用され、８ｃｍよりも僅かに長い１／４波長に対応する。しかしながら、現代の無線電話機の装置ハウジングの中または上に、長さ８ｃｍの１／４波長プレートを配置することは、明らかに不適当であり、その理由は、これがコンパクトな装置の設計の機会を厳しく制限するからである。従ってこの発明の好ましい実施例によれば、スロット内に誘電素子３１が配置され、金属素子３０からなる上部と、装置ハウジングからなる下に横たわる部分の間に形成される。誘電素子３１は１よりも大きい比誘電率（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）ε_rを有し、従って金属素子３０の長さｌは、問題の波長範囲内に保存された電流減少効果により劇的に短縮される。より詳しくは、必要長さｌは、次の式により係数

を減少する。

ここで、λは、与えられた搬送周波数の波長を表す。
好ましい実施例によれば、誘電素子３１は比誘電率

を有し、

をもたらす。
電流減少手段３０、同３１は、図中に示すように装置ハウジング２０の上に配置しても良いし、またその中へモールドしても良い。
不必要なシャシ電流を減少させるために、好ましい実施例により更なる手段が取られた。従って、無線電話機のロングサイド（無線電話機の通常の使用の間、ユーザ１の頬に面しまたは触れる側）を、そうしたシャシ電流を減少することができる物質の層３２で覆う。好ましくは、ベルギー国、７，２２６０ウェステルロー、ニーベルハイトシュトラートのグレースエレクトロニクスマテリアルス社（グレースＮ．Ｖ．）から商業的に得られる「ＥＣＣＸＯＲＢ（登録商標）」のような複合材料を使用する。この材料の属性は、種々のマイクロ波アプリケーションにおいて、それ自体周知であり、従って本書にこれ以上詳述しない。外層３２に代るものとして、電流減少物質をシャシのプラスチック材料と共に集積しても良い。
要約すると、ａ）シャシ電流を減少する手段３０、同３１と、ｂ）無線電話機のロングサイドにおけるスピーカ２４とマイクロフォン２５の配置と、ｃ）前記ロングサイド（ｌｏｎｇｓｉｄｅ）における電流減少物質の層３２を含んでなる上述の好ましい実施例により無線電話機が得られ、この無線電話機においては、アンテナ２１とユーザ１の間の距離ｄが極大化され、電気的エネルギーの損失が最小になる。これは、アンテナ効率の改良、信号対雑音比の向上、バッテリ消費の減少などの利点をもたらす。この配置は更に、通信特性の改良（アンテナとユーザの間の相互作用の極小化）と共に、ユーザフレンドリな性質の改良（大きくて情報量の多いディスプレイ）の利点を有する。
この発明を好ましい実施例として上述してきた。この開示は例示を目的とするが、限定を目的としない。反対に、添付された独立の特許請求項により定義されるこの発明の保護範囲内において、この発明をいくつかの方法で実現できる。

Claims (6)

1. 装置ハウジング（２０）および少なくとも一つのアンテナ（２１）を含んでなる無線電話機、好ましくはセルラ電気通信のための無線電話機であって、
   前記アンテナは、与えられた波長範囲内の無線周波数電磁波を送信し受信することにより、前記無線電話機の無線通信を遂行するために、前記装置ハウジングへ装着または接続され、
   通常使用中にユーザの人（１）に面する前記無線電話機の側面（２３）と前記アンテナ（２１）との間で前記装置ハウジング（２０）に電流減少手段（３１、３２）が装着され、該電流減少手段は導電性と共に誘電性を有し、前記アンテナ（２１）と前記無線電話機の前記側面（２３）との間で装置ハウジング（２０）の中および／または上に存在する電流を減少または除去するように配置されており、該電流減少手段は１／４波長プレート（３０、３１）であることを特徴とする無線電話機。
2. 前記１／４波長プレートは、Ｌ型の断面を有する金属素子（３０）と、該金属素子（３０）からなる上部と前記装置ハウジング（２０）からなる下に横たわる部分の間に形成されるスロットとを含んでなる、請求項１記載の無線電話機。
3. 前記スロット内に配置された誘電素子（３１）を特徴とする、請求項２記載の無線電話機。
4. 前記金属素子（３０）の長さｌと前記誘電素子（３１）の比誘電率ε_rが、次の式を満たすように選択され、
   

   

   ここでλは前記波長範囲内の波長を表す、請求項３記載の無線電話機。
5. 前記ユーザ（１）に面する前記側面（２３）は、前記装置ハウジングの中および／または上に存在する電流を減少できる材料の層（３２）に覆われていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の無線電話機。
6. 前記無線電話機の側面（２３）に配置されたスピーカ（２４）およびマイクロフォン（２５）と、該無線電話機の対向する側面に近接して配置されたアンテナ（２１）と、該無線電話機のこれら側面と異なるもう一つの側面、好ましくは、正面に配置されたディスプレイ（２６）およびキーパッド（２７）を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の無線電話機。

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