JP2004304705A

JP2004304705A - Wireless device

Info

Publication number: JP2004304705A
Application number: JP2003097903A
Authority: JP
Inventors: Makoto Higaki; 垣誠桧; Takayoshi Ito; 藤敬義伊; Kisho Odate; 舘紀章大; Keiichi Yamaguchi; 口恵一山; Shuichi Sekine; 根秀一関
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP3828504B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless device which can be downsized in comparison with conventional devices without deteriorating antenna characteristics and whose manufacturing costs are low. <P>SOLUTION: A wireless device 100 is provided with a plate 10 having a slot with which signals in a certain frequency band resonate and several adjacent plate regions which have the slot 20 as their boundary, a switch 30 which is placed across the slot 20 and causes short circuit or opens between the several plate regions, an antenna 40 which is electromagnetically coupled to the slot 20 by short-circuiting or opening between the several plate regions by the switch 30, a transmitting and receiving apparatus 50 which transmits or receives signals through the antenna 40 and a control circuit 60 which controls the switch 30 according to the signals transmitted or received by the transmitting and receiving apparatus 50. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無指向性アンテナを備えた無線装置において、アンテナから送信される送信波の放射パターンは、そのアンテナの近傍に存在する散乱体の影響を受けて変化する。
【０００３】
例えば、ユーザが携帯電話機で音声通話する場合には、ユーザは携帯電話機を自己の頭に密着させて使用するが、ユーザが携帯電話機を用いて電子メールで通信する場合には、ユーザと携帯電話機とはある程度離れる。即ち、携帯電話の使用状態によって、携帯電話機とユーザの人体との距離は異なる。このような場合に、ユーザが散乱体として作用し、この散乱体が送信波の放射パターンを変化させる。このため散乱体がない場合の所望の放射パターンが得られない。特に、散乱体が誘電体の場合には、散乱体はアンテナから放射される電磁波を吸収してしまうので、アンテナの放射効率を悪化させる。
【０００４】
特許文献１に記載された無線装置は、無指向性アンテナおよび指向性アンテナの両方を有する。これらのアンテナの近傍に散乱体が存在しない場合には無指向性アンテナを選択し、一方で、アンテナの近傍に散乱体が存在する場合には指向性アンテナを選択する。これによって、送信波の放射パターンは、散乱体の影響を受けることなく、アンテナの選択によって変化する。従って、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００５】
また、特許文献２に記載された無線装置は、無給電素子内の可変容量ダイオードのキャパシタンスを変化させることによって、送信波の放射パターンを変化させる。従って、この無線装置においても、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１６７９公報
【特許文献２】
特開２００１−２４４３１公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１による無線装置はアンテナを複数必要とする。そのため無線信号を分配または切替える回路、複数の給電回路および給電線路が必要になる。よってそれらを構成する部品数が比較的多かった。部品数が多いことによって、無線装置は大型化し、並びに、その製造コストが増加するという問題が生じていた。特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナとは別に、このアンテナと同程度の大きさおよび形状の無給電素子を必要とする。そのため無線装置の突出部が複数となる。そのため無線装置は大型化し、外観の意匠が制約され、機械的強度を上げるための製造コストが増加するという問題が生じていた。
【０００８】
また、特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナと無給電素子との間の電気的結合を用いている。よって、放射パターンを充分に変化させるためには、無指向性アンテナと無給電素子との間に送信波の半波長程度の間隔が必要となる。これは、無線装置の小型化の妨げとなっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、放射効率などのアンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、製作コストが低廉な無線装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態による無線装置は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを有し、該スロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチと、前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡すると前記スロットと第１の強さで電磁結合し、開放すると前記スロットと前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合するアンテナと、前記アンテナを介して信号を送信または受信する送受信器と、前記送受信器が送信または受信する信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路とを備えている。
【００１１】
本発明に従った実施の形態による無線通信方法は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチとを備え、アンテナを介して信号を送信または受信する無線装置を用いた無線通信方法において、
前記アンテナと前記スロットとを第１の強さで電磁結合させるために，前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡するステップと、前記アンテナと前記スロットとを前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合させるために、前記スイッチが前記複数の地板領域間を開放するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１３】
本発明に係る実施の形態による無線装置は、アンテナとスロットとの電磁結合を利用することによって、送信波の放射パターンおよびアンテナの入力インピーダンスを変化させる。それにより、無線装置は、散乱体に影響されることなく送信波の放射パターンを変化させることができる。尚且つ、無線装置の通信品質は劣化しない。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１実施の形態による無線装置１００の概略図である。無線装置１００は、地板１０、スイッチ３０、アンテナ４０、送受信器５０および制御回路６０を備えている。地板１０にはスロット２０が設けられている。
【００１５】
地板１０は、金属等の導体から成り、送受信器５０および制御回路６０を実装する基板である。
【００１６】
スロット２０は細長い形状をした長方形の開口である。スロット２０の幅は約λ／１０００から約λ／１０であり、その長さは約λ／２である。λは、無線装置１００に用いられる無線周波数帯の中心周波数を有する電磁波がスロット２０を伝搬するときの波長（以下、伝播波長という）である。地板１０はスロット２０を境界に第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とに分割されているが、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とはスロット２０の両端において接続している。
【００１７】
本実施の形態においてスロット２０は長手方向にほぼ直線状に延在しているが、スロット２０は曲線状に延在してもよく、さらに、ジグザグ状に延在してもよい。
【００１８】
スイッチ３０は、スロット２０の長手方向のほぼ中心に配置されている。スイッチ３０が開閉することによって、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とを電気的に開放または短絡させることができる。図１に示されているスイッチ３０は概念的なものであり、実際のスイッチ３０の回路構成は、例えば、図５に示された構成を有する。
【００１９】
アンテナ４０は、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に配置され、かつ、スロット２０の近傍に配置されている。アンテナ４０は、空間中を伝搬してきた伝播波長λの電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた信号を空間中に伝播波長λの電磁波として放射する装置である。アンテナ４０は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、また、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。
【００２０】
送受信器５０は、アンテナ４０に接続され、アンテナ４０によって受信された信号を入力し、アンテナ４０から送信する信号をアンテナ４０へ出力する。また、送受信器５０は、制御回路６０に接続され、制御回路６０に受信信号強度表示信号（以下、ＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｒＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）という）を与える。
【００２１】
制御回路６０は、送受信器５０およびスイッチ３０に接続され、スイッチ３０を制御する回路である。制御回路６０は、送受信器５０からのＲＳＳＩに応じてスイッチ３０を短絡または開放させる。例えば、制御回路６０は、スイッチ３０を切り替えるためにスイッチ３０へ直流電圧を出力し、スイッチ３０が切り替えられる前およびその後におけるそれそれのＲＳＳＩを比較する。この比較結果に基づいて、制御回路６０は、ＲＳＳＩを高くするようにスイッチ３０を制御することができる。
【００２２】
次に、無線装置１００の動作を説明する。
【００２３】
スイッチ３０が開放されている場合には、スロット２０の長手方向の長さがλ／２であるので、伝播波長λの電磁波がスロット２０において共振する。アンテナ４０においても伝播波長λの電磁波が共振する。アンテナ４０はスロット２０には位置されているので、このときにアンテナ４０とスロット２０とが強く電磁結合する。従って、アンテナ４０とスロット２０との両方から電磁波が放射され、その結果、無指向性の放射パターンが得られる。
【００２４】
一方で、スイッチ３０が閉じている場合には、スロット２０の長手方向の長さが電気的にλ／４になる。従って、伝播波長λの電磁波はスロット２０において共振しないので、アンテナ４０とスロット２０とは電磁結合しない。あるいは、それらの電磁結合は非常に弱い。これによって、アンテナ４０のみから電磁波が放射される。アンテナ４０は、上述の通り、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に設けられているので、指向性の放射パターンが得られる。
【００２５】
本実施の形態は、スイッチ３０を制御することによって、アンテナ４０とスロット２０との電磁結合の度合を変化させることができる。無指向性の放射パターンと指向性の放射パターンのいずれかの放射パターンを選択することができる。
【００２６】
例えば、電磁波が様々な方向からアンテナ４０に到来する場合には、スイッチ３０を開放して放射パターンを無指向性にする。一方で、散乱体がアンテナ４０の近傍に存在する場合には、スイッチ３０を閉じることによって、放射パターンを指向性にする。これにより、無線装置１００は、散乱体に対して電磁波を放射しないように放射パターンを選択することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在する場合および存在しない場合のそれぞれにおいて、アンテナの利得および送信波の放射効率を向上させた放射パターンを得ることができる。その結果、ＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００２８】
本実施の形態において、アンテナ４０は、地板１０の表面および裏面のいずれか一方の面（以下、配置面という）に配置されている。よって、指向性の放射パターンを選択した場合には、放射パターンは配置面が向いている方向へ指向性を有する。これは、地板１０の表面および裏面のうち配置面と反対の面に散乱体が接近することを想定しているからである。例えば、ユーザが携帯電話機で通話をするときには、通常、ユーザは自己の頭をスピーカまたはマイクが向いている面に近接させる。従って、アンテナ４０は、地板に関し、マイクまたはスピーカの向きとは反対方向を向いている面に配置される（図１１を参照）。
【００２９】
このように、地板１０の表面および裏面のうち散乱体が接近する面は、予測可能であるので、この予測に基づいて、アンテナ４０の配置面を決定すればよい。
【００３０】
本実施の形態による無線装置１００は、アンテナを１本だけ備えている。よって、構成部品点数が増えず、無線装置を小型化することができる。また、無線装置１００は、低コストで製造することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る第２実施の形態による無線装置２００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２を備えている点で第１の実施の形態と異なる。２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２は、互いに周波数帯の異なる電磁波のそれぞれが共振するように構成されている。これらの電磁波のうち、第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ_１とし、第２の周波数帯にある第２の電磁波の伝播波長をλ_２とする。
【００３２】
２周波共用スロット２２は、スロット構成部２２ａとスロット構成部２２ｂから成る。スロット構成部２２ａの一端にスロット構成部２２ｂの中心が垂直に結合されている。それにより、スロット構成部２２ａおよび２２ｂは一体の溝として２周波共用スロット２２を構成する。
【００３３】
スロット構成部２２ａおよび２２ｂの長さをそれぞれＬａおよびＬｂとする。λ_１＝２＊Ｌａ、λ_２＝２＊（Ｌａ＋Ｌｂ／２）を満たすようにＬａおよびＬｂは設計される。これにより、２周波共用スロット２２において、第１および第２の電磁波の両方が共振することができる。
【００３４】
本実施の形態において２周波共用スロット２２は、図１に示すようにＴ字型に形成されている。しかし、２周波共用スロット２２は、Ｔ字型に限定されず、互いに周波数帯の異なる電磁波が共振できればよい。例えば、２周波共用スロット２２は、Ｙ字状またはＨ字状等であってもよい。スロット２０は、メアンダ状であってもよく、長手方向の辺を途中で折り曲げてＬ字型やコの字型などの形状にすることもできる。このようにスロット２０を変形させることによって、無線装置の設計における自由度が大きくなる。さらに、スロット２０の間隙に誘電体を設けることによってスロット２０をより小さくすることができる。
【００３５】
次に、スイッチ３０の配置について説明する。スイッチ３０が閉じたときに、第１の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ_１／４だけ離れた位置（第１の位置とする）、即ち、スロット構成部２２ａの中心に配置する。一方で、第２の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ_２／４だけ離れた位置（第２の位置とする）に配置する。１つのスイッチ３０を用いて、第１および第２の電磁波の両方を最も効果的に打ち消すためには、第１の位置と第２の位置との中間にスイッチ３０を配置すればよい。即ち、本実施の形態において、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅから（λ_２＋λ_１）／４だけ離れた位置（第３の位置とする）に配置されている。第３の位置は、スロット構成部２２ａの中心から約Ｌｂ／４だけスロット構成部２２ｂ側へずれた位置と換言できる。スイッチ３０をこのように配置することによって、スイッチ３０が閉じているときに、第１および第２の電磁波の両方を効果的に打ち消すことができる。
【００３６】
スイッチ３０を設ける位置は２周波共用スロット２２の形状に応じて変更することができる。
【００３７】
２周波共用アンテナ４２は、空間中を伝搬してきた第１および第２の周波数帯の電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた第１または第２の周波数帯の信号を空間中に電磁波として放射する。２周波共用共振アンテナ４２は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。２周波共用アンテナ４２の配置は、第１の実施の形態におけるアンテナ４０と同じでよい。
【００３８】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、第１および第２の電磁波の両方について、無指向性と指向性のいずれかの放射パターンを選択することができる。その結果、第１および第２の電磁波の両方についてＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００３９】
本実施の形態では、２周波共用スロットおよび２周波共用アンテナを用いたが、３周波以上の電磁波を共用することができるスロットおよびアンテナを用いてもよい。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係る第３実施の形態による無線装置３００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用アンテナ４２および複数のスイッチ３０ａ、３０ｂを備えている点で第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
本実施の形態において、２周波共用アンテナ４２は、第１および第３の周波数帯の電磁波を送信または受信する。第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ_１とし、第３の周波数帯にある第３の電磁波の伝播波長をλ_３とする。λ_３はλ_１よりも小さい。
【００４２】
スイッチ３０ａ、３０ｂは、いずれも第１の実施の形態におけるスイッチ３０と同様の構成を有する。スイッチ３０ａは、アンテナ４２の近傍にあるスロット２０の一端Ｅ´からＬｃ（Ｌｃ＝λ_３／２）だけ離れた位置に配置されている。Ｌｃは、スイッチ３０ｂは、一端Ｅ´とスイッチ３０ａとの間のほぼ中心に配置されている。
【００４３】
スロット２０の長さはＬａ（Ｌａ＝λ_１／２）である。よって、スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が開放されている場合（ケース１）には、スロット２０において、第１の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第１の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となる。
【００４４】
スイッチ３０ａが閉じており、スイッチ３０ｂが開放されている場合（ケース２）には、スロット２０のうち、一端Ｅ´からスイッチ３０ａまでの部分において第３の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第３の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となる。
【００４５】
スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が閉じている場合（ケース３）には、第１および第３の電磁波の両方ともに共振しない。これにより、スロット２０とアンテナ４２との電磁結合は第１および第３の周波数帯のいずれの信号に関しても弱くなる。従って、第１および第３の周波数帯の信号の放射パターンはいずれも指向性となる。
【００４６】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、上述のケース２のように、互いに周波数帯の異なる信号の一方のみを、スロットにおいて共振させることができる。従って、本実施の形態は、互いに周波数帯の異なる信号のうち一方のみの放射パターンを変更させることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係る第４実施の形態による無線装置４００の概略図である。本実施の形態は、可変整合回路７０を備えている点で第１の実施の形態と異なる。可変整合回路７０は、地板１０に搭載され、アンテナ４０と送受信器５０との間に接続されている。
【００４８】
アンテナ４０の入力インピーダンスは、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在するか否か、あるいは、スイッチ３０の開閉によって変動する。このような場合に、可変整合回路７０は、制御回路６０の制御を受けて自身のインピーダンスを変更する。それによって、可変整合回路７０は、アンテナ４０と送受信器５０との間のインピーダンスを整合させることができる。
【００４９】
次に、スイッチ３０および可変整合回路７０の回路構成を詳細に説明する。
【００５０】
図５（Ａ）は、スイッチ３０の回路構成の具体例を示す図である。スイッチ３０は、３つのキャパシタＣ１、１つのインダクタＬ、２つのインダクタＬ１および可変容量ダイオードＤから成る。端子ａおよび端子ｂは、第１の基板領域および第２の基板領域に接続されている。端子ｃは制御回路６０に接続されている。
【００５１】
図５（Ｂ）は、端子ａと端子ｂとの間に高周波信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。図５（Ｃ）は、端子ａと端子ｂとの間に直流信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図５（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５２】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図５（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧が無線送受信器５０へ印加されない。
【００５３】
可変容量ダイオードＤは制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してキャパシタンスＣを発生する。図５（Ｂ）に示す回路の端子ａと端子ｂとの間のインピーダンスは、１／（ｊωＣ＋１／ｊωＬ）と表せる。ここで、ωは角周波数、ＣおよびＬは可変容量ダイオードＤのキャパシタンスおよびインダクタンスである。
【００５４】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加していないときに、ｊωＣ＋１／ｊωＬ＝０を満たすようにＣおよびＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスは無限大になる。即ち、スイッチ３０は開放状態になる。
【００５５】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加しているときに、Ｃ＞＞ＬとなるようにキャパシタンスＣおよびインダクタンスＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスはほぼゼロになる。即ち、スイッチ３０は短絡状態になる。このように、スイッチ３０は高周波信号をスイッチングすることができる。
【００５６】
図６（Ａ）は可変整合回路７０の回路構成の具体例を示す図である。可変整合回路７０は、５つのキャパシタＣ１、４つのインダクタＬ１および２つの可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２から成る。端子ｄ１および端子ｄ２は制御回路６０に接続されている。端子ｅ１および端子ｅ２はアンテナ４０に接続されている。端子ｆ１および端子ｆ２は送受信器５０に接続されている。
【００５７】
図６（Ｂ）は、端子ｅ１、ｅ２と端子ｆ１、ｆ２との間に高周波信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。図６（Ｃ）は、端子ｄ１と端子ｄ２に直流信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図６（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５８】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図６（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧がアンテナ４０または無線送受信器５０へ印加されない。
【００５９】
可変容量ダイオードＤ１およびＤ２は、制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してそれぞれキャパシタンスＣ´およびＣを発生する。
【００６０】
仮に、送受信器５０が５０Ω系の入出力線路で構成されているとする。図６（Ｂ）に示す破線Ａからアンテナ４０へのインピーダンスが５０Ωでない場合であっても、キャパシタンスＣ´およびＣを調節することにより破線Ｂからアンテナ４０側を見たときのインピーダンスを５０Ωにすることができる。これによって、アンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。
【００６１】
送受信器５０が５０Ω系以外の特性インピーダンスを有する入出力線路で構成されている場合であっても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。これにより、アンテナの設計の自由度が増える。例えば、アンテナを小型化または低姿勢化することができる。
【００６２】
放射パターンの変更によりアンテナ４０と送受信器５０との間でインピーダンスの不整合が生じても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。その結果、無線装置の通信品質が向上する。
【００６３】
第４の実施の形態において、可変整合回路７０は第１の実施の形態に付加されている。しかし、可変整合回路７０は第２または第３の実施の形態に付加されても第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、図７（Ａ）から図１０（Ｂ）は、アンテナ４０の実施の形態を示す。これらの図面には、地板１０、スロット２０、スイッチ３０およびアンテナ４０のみが示され、他の構成要素は省略されている。
【００６５】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されているアンテナ４０はモノポールアンテナ４０ａである。図７（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図７（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６６】
アンテナ４０ａはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ａの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６７】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示されているアンテナ４０は逆Ｆアンテナ４０ｂである。図８（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図８（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６８】
アンテナ４０ｂはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｂの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６９】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示されているアンテナ４０はスロットアンテナ４０ｃである。図９（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図９（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７０】
スロットアンテナ４０ｃは、スロット２０に近接しており、スロット２０の長手方向に対して平行に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７１】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示されているアンテナ４０はパッチアンテナ４０ｄである。図１０（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図１０（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７２】
アンテナ４０ｄは、スロット２０に近接しており、地板１０の表面に対して平行に面している。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７３】
アンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを第１から第４の実施の形態に用いることによって、第１から第４の実施の形態はそれぞれの効果を得ることができる。尚、第３の実施の形態においては、アンテナ４２にアンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを適用する。
【００７４】
図１１は、図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機５００を示す。携帯無線機５００は、無線装置１００が備えた構成要素、音声変復調器（ＰＣＭ（ＰｕｌｓｅＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ））８０、スピーカ９０およびマイク９２を備えている。
【００７５】
音声変復調器８０は、送受信器５０、制御回路６０、スピーカ９０およびマイク９２に接続されている。音声変復調器８０は、アンテナ４０で受信され送受信器５０において復調された信号を音声信号に復調する。また、音声変復調器８０は、音声信号を変調して送受信器５０に送出する。さらに、音声変復調器８０は、音声信号の変調または復調を実行していることを示す変復調表示信号を制御回路６０へ送信する。変復調表示信号は、単なるデジタル値でよい。例えば、変復調表示信号は、音声信号の変調または復調を実行しているときにハイであり、これらを実行していないときにロウでよい。
【００７６】
スピーカ９０は音声変復調器８０によって復調された電気的な音声信号を音声に変換する。マイク９２は音声を電気的な音声信号に変換し、これを音声変復調器８０に送出する。
【００７７】
制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信した場合に音声通話中であると判断し、スイッチ３０を短絡する。逆に、制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信していない場合に音声通話が行われていないと判断し、スイッチ３０を開放する。
【００７８】
次に、携帯無線機５００の送信時の動作を説明する。
【００７９】
マイク９２がユーザから発せられた音声を受信し、これを電気的な音声信号へ変換する。音声変復調器８０が音声信号を変調し、さらに送受信機５０がこれを無線周波数に変調する。送受信機５０は、無線周波数の信号をアンテナ４０によって送信する。
【００８０】
次に、携帯無線機５００の受信時の動作を説明する。
【００８１】
送受信器５０がアンテナ４０を介して信号を受信する。送受信器５０はこの信号を復調し、さらに音声変復調器８０が復調された信号を電気的な音声信号に復調する。スピーカ９０はこの電気的な音声信号を音声に変換して、ユーザに対して出力する。
【００８２】
このように、ユーザが携帯無線機５００で音声通話しているときには、制御回路６０はスイッチ３０を短絡する。それによって、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性になる。
【００８３】
アンテナ４０は、地板１０に関し、スピーカ９０およびマイク９２が向いている向きとは反対方向に向いている面に設けられている。これによって、携帯無線機５００がユーザの頭部付近に保持して使用されたときに、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に位置することになる。その結果、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性を有する。よって、音声通話中に携帯無線機５００からユーザの頭部へ電磁波が放射されない。従って、放射パターンが乱れず、アンテナの利得が低下しない。電磁波がユーザの頭部に吸収されず、放射効率が低下しない。
【００８４】
一方で、音声通話以外の通信、例えば、電子メールで通信しているときには、音声変復調器８０が音声を変調または復調しないので、スイッチ３０が開放される。従って、アンテナ４０およびスロット２０が電磁結合され、アンテナ４０およびスロット２０は無指向性になる。無指向性の放射パターンによって、携帯無線機５００が高速で移動しているときであっても通信が途切れることがない。
【００８５】
このように、携帯無線機５００は、音声通話の場合とそれ以外の場合との両方においてアンテナの利得および放射効率を向上させる放射パターンを得ることができる。その結果、携帯無線機５００の通信品質が向上する。
【００８６】
携帯無線機５００は、無線装置１００に代えて、第２から第４の実施の形態による無線装置２００から４００を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００８７】
第１から第４の実施の形態は、ＲＳＳＩによって散乱体を検出している。携帯無線機５００は音声通話中か否かによって散乱体を検出している。
【００８８】
しかし、アンテナ４０の配置面とは反対の地板１０の面側を受像するカメラを設け、このカメラによって散乱体を検出してもよい。さらに、散乱体と地板１０との間に生じる静電容量の検出、無線装置を包む筐体と散乱体との接触の検出、並びに、音や赤外線など散乱体が発生するエネルギーの検出によっても、散乱体を検出することができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明による無線装置は、アンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態による無線装置の概略図。
【図２】本発明に係る第２実施の形態による無線装置の概略図。
【図３】本発明に係る第３実施の形態による無線装置の概略図。
【図４】本発明に係る第４実施の形態による無線装置の概略図。
【図５】スイッチ３０の回路構成を示す図。
【図６】可変整合回路７０の回路構成の一例を示す図。
【図７】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図８】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図９】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１０】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１１】図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機を示す図。
【符号の説明】
１００無線装置
１０地板
２０スロット
３０スイッチ
４０アンテナ
５０送受信器
６０制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to wireless devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a wireless device having an omnidirectional antenna, a radiation pattern of a transmission wave transmitted from the antenna changes under the influence of a scatterer existing near the antenna.
[0003]
For example, when the user makes a voice call using a mobile phone, the user uses the mobile phone in close contact with his or her own head, but when the user communicates by e-mail using the mobile phone, the user and the mobile phone are used. And to some extent. That is, the distance between the mobile phone and the user's body differs depending on the usage state of the mobile phone. In such a case, the user acts as a scatterer, which changes the radiation pattern of the transmitted wave. Therefore, a desired radiation pattern without a scatterer cannot be obtained. In particular, when the scatterer is a dielectric, the scatterer absorbs the electromagnetic wave radiated from the antenna, thereby deteriorating the radiation efficiency of the antenna.
[0004]
The wireless device described in Patent Literature 1 has both an omnidirectional antenna and a directional antenna. If no scatterer exists near these antennas, an omnidirectional antenna is selected. On the other hand, if a scatterer exists near the antennas, a directional antenna is selected. Thus, the radiation pattern of the transmitted wave is changed by the selection of the antenna without being affected by the scatterer. Therefore, the radiation efficiency of the antenna is not affected by the scatterers.
[0005]
Further, the wireless device described in Patent Literature 2 changes a radiation pattern of a transmission wave by changing a capacitance of a variable capacitance diode in a parasitic element. Therefore, also in this wireless device, the radiation efficiency of the antenna is not affected by the scatterer.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-261679
[Patent Document 2]
JP 2001-24431 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the wireless device according to Patent Document 1 requires a plurality of antennas. Therefore, a circuit for distributing or switching wireless signals, a plurality of power supply circuits and power supply lines are required. Therefore, the number of parts constituting them was relatively large. Due to the large number of components, there has been a problem that the wireless device becomes large and the manufacturing cost increases. The wireless device according to Patent Literature 2 requires a parasitic element having the same size and shape as the antenna, separately from the omnidirectional antenna. Therefore, the wireless device has a plurality of protrusions. For this reason, there has been a problem that the size of the wireless device is increased, the design of the external appearance is restricted, and the manufacturing cost for increasing the mechanical strength is increased.
[0008]
Further, the wireless device according to Patent Literature 2 uses electrical coupling between a non-directional antenna and a parasitic element. Therefore, in order to sufficiently change the radiation pattern, an interval of about a half wavelength of a transmission wave is required between the omnidirectional antenna and the parasitic element. This hinders miniaturization of the wireless device.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a wireless device that can be made smaller than conventional devices without deteriorating antenna characteristics such as radiation efficiency and that has a low manufacturing cost.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A wireless device according to an embodiment of the present invention has a slot in which a signal in a certain frequency band resonates, a ground plane including a plurality of ground plane areas adjacent to each other with the slot as a boundary, and And a switch for short-circuiting or opening between the ground plane regions, and when the switch short-circuits between the plurality of ground plane regions, the switch electromagnetically couples with the slot at a first strength, and when opened, is stronger than the slot and the first strength. An antenna that electromagnetically couples at a second strength, a transceiver that transmits or receives a signal via the antenna, and a control circuit that controls the switch based on a signal transmitted or received by the transceiver I have.
[0011]
A wireless communication method according to an embodiment of the present invention includes a ground plane including a plurality of ground plane areas adjacent to each other at a slot where a signal in a certain frequency band resonates, and the ground plane is disposed in the slot, and the plurality of ground plane areas are arranged between With a switch to short or open, in a wireless communication method using a wireless device that transmits or receives a signal via an antenna,
A step of causing the switch to short-circuit between the plurality of ground plane regions to electromagnetically couple the antenna and the slot at a first strength; and a step of connecting the antenna and the slot to each other with a strength greater than the first strength. The switch opens between the plurality of ground plane regions to electromagnetically couple at a strength of 2.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. These embodiments do not limit the present invention.
[0013]
A wireless device according to an embodiment of the present invention changes a radiation pattern of a transmission wave and an input impedance of an antenna by using electromagnetic coupling between an antenna and a slot. Thereby, the wireless device can change the radiation pattern of the transmission wave without being affected by the scatterer. In addition, the communication quality of the wireless device does not deteriorate.
[0014]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a wireless device 100 according to a first embodiment of the present invention. The wireless device 100 includes a base plate 10, a switch 30, an antenna 40, a transceiver 50, and a control circuit 60. The base plate 10 is provided with a slot 20.
[0015]
The base plate 10 is a substrate made of a conductor such as a metal, on which the transceiver 50 and the control circuit 60 are mounted.
[0016]
The slot 20 is a rectangular opening having an elongated shape. The width of the slot 20 is from about λ / 1000 to about λ / 10, and its length is about λ / 2. λ is a wavelength (hereinafter referred to as a propagation wavelength) when an electromagnetic wave having a center frequency of a radio frequency band used in the radio apparatus 100 propagates through the slot 20. The ground plane 10 is divided into a first ground plane area A1 and a second ground plane area A2 with the slot 20 as a boundary, and the first ground plane area A1 and the second ground plane area A2 are connected at both ends of the slot 20. are doing.
[0017]
In the present embodiment, the slot 20 extends substantially linearly in the longitudinal direction, but the slot 20 may extend in a curved shape, or may extend in a zigzag shape.
[0018]
The switch 30 is disposed substantially at the center of the slot 20 in the longitudinal direction. By opening and closing the switch 30, the first ground plane area A1 and the second ground plane area A2 can be electrically opened or short-circuited. The switch 30 shown in FIG. 1 is conceptual, and the actual circuit configuration of the switch 30 has, for example, the configuration shown in FIG.
[0019]
The antenna 40 is arranged on either the front surface or the back surface of the base plate 10 and is arranged near the slot 20. The antenna 40 is a device that receives an electromagnetic wave having a propagation wavelength λ that has propagated in space and radiates a signal transmitted from the transceiver 50 into space as an electromagnetic wave having a propagation wavelength λ. The antenna 40 may be a linear antenna such as a monopole antenna or an inverted F antenna, or may be a planar antenna such as a slot antenna or a patch antenna.
[0020]
The transceiver 50 is connected to the antenna 40, receives a signal received by the antenna 40, and outputs a signal transmitted from the antenna 40 to the antenna 40. Further, the transceiver 50 is connected to the control circuit 60 and supplies the control circuit 60 with a received signal strength indication signal (hereinafter, referred to as an RSSI (Receiver Signal Strength Indicator)).
[0021]
The control circuit 60 is a circuit that is connected to the transceiver 50 and the switch 30, and controls the switch 30. The control circuit 60 short-circuits or opens the switch 30 according to the RSSI from the transceiver 50. For example, the control circuit 60 outputs a DC voltage to the switch 30 to switch the switch 30, and compares the respective RSSIs before and after the switch 30 is switched. Based on this comparison result, the control circuit 60 can control the switch 30 to increase the RSSI.
[0022]
Next, the operation of the wireless device 100 will be described.
[0023]
When the switch 30 is open, the length of the slot 20 in the longitudinal direction is λ / 2, so that the electromagnetic wave having the propagation wavelength λ resonates in the slot 20. The electromagnetic wave having the propagation wavelength λ also resonates in the antenna 40. Since the antenna 40 is located in the slot 20, the antenna 40 and the slot 20 are strongly electromagnetically coupled at this time. Therefore, electromagnetic waves are radiated from both the antenna 40 and the slot 20, and as a result, an omnidirectional radiation pattern is obtained.
[0024]
On the other hand, when the switch 30 is closed, the length of the slot 20 in the longitudinal direction becomes λ / 4 electrically. Therefore, since the electromagnetic wave having the propagation wavelength λ does not resonate in the slot 20, the antenna 40 and the slot 20 are not electromagnetically coupled. Alternatively, their electromagnetic coupling is very weak. As a result, electromagnetic waves are emitted only from the antenna 40. As described above, since the antenna 40 is provided on either the front surface or the back surface of the base plate 10, a directional radiation pattern can be obtained.
[0025]
In the present embodiment, the degree of electromagnetic coupling between the antenna 40 and the slot 20 can be changed by controlling the switch 30. Either an omnidirectional radiation pattern or a directional radiation pattern can be selected.
[0026]
For example, when an electromagnetic wave arrives at the antenna 40 from various directions, the switch 30 is opened to make the radiation pattern non-directional. On the other hand, when the scatterer exists near the antenna 40, the radiation pattern is made directional by closing the switch 30. Thereby, the wireless device 100 can select the radiation pattern so as not to radiate the electromagnetic wave to the scatterer.
[0027]
According to the present embodiment, it is possible to obtain a radiation pattern in which the gain of the antenna and the radiation efficiency of the transmitted wave are improved in each of the case where the scatterer exists near the antenna 40 and the case where the scatterer does not exist. As a result, the radiation pattern can be selected so that the RSSI becomes higher, so that the communication quality of the wireless device is improved.
[0028]
In the present embodiment, antenna 40 is disposed on one of the front surface and the back surface of base plate 10 (hereinafter, referred to as an arrangement surface). Therefore, when a radiation pattern having directivity is selected, the radiation pattern has directivity in the direction in which the arrangement surface faces. This is because it is assumed that the scatterer approaches the surface opposite to the arrangement surface out of the front surface and the back surface of the base plate 10. For example, when a user talks on a mobile phone, the user usually brings his / her head close to the surface of the speaker or microphone. Therefore, the antenna 40 is arranged on the surface of the ground plane facing in the direction opposite to the direction of the microphone or the speaker (see FIG. 11).
[0029]
As described above, the surface to which the scatterer approaches between the front surface and the back surface of the base plate 10 can be predicted, and the arrangement surface of the antenna 40 may be determined based on the prediction.
[0030]
Radio apparatus 100 according to the present embodiment includes only one antenna. Therefore, the number of components does not increase, and the wireless device can be downsized. Also, the wireless device 100 can be manufactured at low cost.
[0031]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram of a wireless device 200 according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that a dual frequency slot 22 and a dual frequency antenna 42 are provided. The dual-frequency slot 22 and the dual-frequency antenna 42 are configured such that electromagnetic waves having different frequency bands resonate with each other. Of these electromagnetic waves, the propagation wavelength of the first electromagnetic wave in the first frequency band is λ ₁ And the propagation wavelength of the second electromagnetic wave in the second frequency band is λ ₂ And
[0032]
The dual frequency slot 22 includes a slot forming part 22a and a slot forming part 22b. The center of the slot forming part 22b is vertically connected to one end of the slot forming part 22a. As a result, the slot forming portions 22a and 22b form the dual frequency slot 22 as an integral groove.
[0033]
The lengths of the slot forming parts 22a and 22b are denoted by La and Lb, respectively. λ ₁ = 2 * La, λ ₂ La and Lb are designed to satisfy = 2 * (La + Lb / 2). Thereby, in the dual frequency slot 22, both the first and second electromagnetic waves can resonate.
[0034]
In the present embodiment, the dual frequency shared slot 22 is formed in a T-shape as shown in FIG. However, the dual-frequency slot 22 is not limited to the T-shape, and it is sufficient if the electromagnetic waves having different frequency bands can resonate. For example, the dual frequency slot 22 may be Y-shaped or H-shaped. The slot 20 may have a meandering shape, and may be formed by bending a side in the longitudinal direction halfway into an L-shape or a U-shape. By deforming the slot 20 in this manner, the degree of freedom in designing the wireless device is increased. Further, by providing a dielectric in the gap between the slots 20, the slots 20 can be made smaller.
[0035]
Next, the arrangement of the switch 30 will be described. In order to effectively cancel the first electromagnetic wave when the switch 30 is closed, the switch 30 is connected to one end E of the slot forming portion 22a by λ. ₁ / 4 (a first position), that is, at the center of the slot forming portion 22a. On the other hand, in order to effectively cancel the second electromagnetic wave, the switch 30 is connected to the one end E of the slot forming portion 22a by λ. ₂ It is arranged at a position separated by / 4 (the second position). In order to most effectively cancel both the first and second electromagnetic waves by using one switch 30, the switch 30 may be arranged between the first position and the second position. That is, in the present embodiment, the switch 30 is connected from one end E of the slot forming portion 22a by (λ ₂ + Λ ₁ ) / 4 (a third position). The third position can be described as a position shifted from the center of the slot forming portion 22a toward the slot forming portion 22b by about Lb / 4. By arranging the switch 30 in this manner, both the first and second electromagnetic waves can be effectively canceled when the switch 30 is closed.
[0036]
The position where the switch 30 is provided can be changed according to the shape of the dual frequency slot 22.
[0037]
The dual-frequency antenna 42 receives the electromagnetic waves of the first and second frequency bands propagated in the space, and transmits the signal of the first or second frequency band transmitted from the transceiver 50 in the space. Radiated as electromagnetic waves. The dual-frequency resonance antenna 42 may be a linear antenna such as a monopole antenna or an inverted F antenna, or may be a planar antenna such as a slot antenna or a patch antenna. The arrangement of the dual frequency antenna 42 may be the same as that of the antenna 40 in the first embodiment.
[0038]
This embodiment has the same effects as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, for both the first and second electromagnetic waves, it is possible to select either the omnidirectional or the directional radiation pattern. As a result, the radiation pattern can be selected so that the RSSI is higher for both the first and second electromagnetic waves, so that the communication quality of the wireless device is improved.
[0039]
In the present embodiment, the dual frequency slot and the dual frequency antenna are used, but a slot and an antenna that can share electromagnetic waves of three or more frequencies may be used.
[0040]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram of a wireless device 300 according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that a dual frequency antenna 42 and a plurality of switches 30a and 30b are provided.
[0041]
In the present embodiment, dual-frequency antenna 42 transmits or receives electromagnetic waves in the first and third frequency bands. Let the propagation wavelength of the first electromagnetic wave in the first frequency band be λ ₁ And the propagation wavelength of the third electromagnetic wave in the third frequency band is λ ₃ And λ ₃ Is λ ₁ Less than.
[0042]
Each of the switches 30a and 30b has the same configuration as the switch 30 in the first embodiment. The switch 30a is connected from one end E ′ of the slot 20 near the antenna 42 to Lc (Lc = λ ₃ / 2) apart from each other. Lc is such that the switch 30b is disposed substantially at the center between the one end E 'and the switch 30a.
[0043]
The length of the slot 20 is La (La = λ ₁ / 2). Therefore, when both the switches 30a and 30b are open (case 1), the first electromagnetic wave resonates in the slot 20. As a result, the slot 20 and the antenna 42 are strongly electromagnetically coupled with respect to the signal in the first frequency band. Therefore, the radiation pattern of the signal in the first frequency band becomes omnidirectional, and the radiation pattern of the signal in the third frequency band becomes directional.
[0044]
When the switch 30a is closed and the switch 30b is open (case 2), the third electromagnetic wave resonates in a portion of the slot 20 from one end E 'to the switch 30a. As a result, the slot 20 and the antenna 42 are strongly electromagnetically coupled with respect to the signal in the third frequency band. Therefore, the radiation pattern of the signal in the first frequency band becomes directional, and the radiation pattern of the signal in the third frequency band becomes non-directional.
[0045]
When both the switches 30a and 30b are closed (case 3), both the first and third electromagnetic waves do not resonate. As a result, the electromagnetic coupling between the slot 20 and the antenna 42 is weakened for any of the signals in the first and third frequency bands. Therefore, the radiation patterns of the signals in the first and third frequency bands are both directional.
[0046]
This embodiment has the same effects as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, as in Case 2 described above, only one of the signals having different frequency bands can resonate in the slot. Therefore, in the present embodiment, it is possible to change the radiation pattern of only one of the signals having different frequency bands.
[0047]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram of a wireless device 400 according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that a variable matching circuit 70 is provided. The variable matching circuit 70 is mounted on the ground plane 10 and connected between the antenna 40 and the transceiver 50.
[0048]
The input impedance of the antenna 40 varies depending on whether or not a scatterer exists near the antenna 40, or depending on whether the switch 30 is opened or closed. In such a case, the variable matching circuit 70 changes its own impedance under the control of the control circuit 60. Thereby, the variable matching circuit 70 can match the impedance between the antenna 40 and the transceiver 50.
[0049]
Next, the circuit configurations of the switch 30 and the variable matching circuit 70 will be described in detail.
[0050]
FIG. 5A is a diagram illustrating a specific example of a circuit configuration of the switch 30. The switch 30 includes three capacitors C1, one inductor L, two inductors L1, and a variable capacitance diode D. Terminals a and b are connected to the first substrate region and the second substrate region. The terminal c is connected to the control circuit 60.
[0051]
FIG. 5B shows an equivalent circuit of FIG. 5A in the case where a high-frequency signal is applied between the terminal a and the terminal b. FIG. 5C shows an equivalent circuit of FIG. 5A when a DC signal is supplied between the terminal a and the terminal b. For a high-frequency signal, the capacitor C1 is short-circuited, and the inductor L1 is opened (see FIG. 5B). Therefore, a signal in the radio frequency band to be transmitted or received is not input to the control circuit 60.
[0052]
On the other hand, for a DC signal, the capacitor C1 is opened and the inductor L1 is short-circuited (see FIG. 5C). Therefore, the DC voltage generated by the control circuit 60 is not applied to the wireless transceiver 50.
[0053]
The variable capacitance diode D generates a capacitance C in proportion to the reverse bias voltage applied by the control circuit 60. The impedance between the terminal a and the terminal b of the circuit shown in FIG. 5B can be expressed as 1 / (jωC + 1 / jωL). Here, ω is the angular frequency, and C and L are the capacitance and inductance of the variable capacitance diode D.
[0054]
When the control circuit 60 does not apply a reverse bias voltage to the variable capacitance diode D and selects C and L so as to satisfy jωC + 1 / jωL = 0, the impedance between the terminals a and b becomes infinite. . That is, the switch 30 is opened.
[0055]
When the control circuit 60 applies the reverse bias voltage to the variable capacitance diode D and selects the capacitance C and the inductance L such that C >> L, the impedance between the terminals a and b becomes almost zero. Become. That is, the switch 30 is short-circuited. Thus, the switch 30 can switch a high frequency signal.
[0056]
FIG. 6A is a diagram showing a specific example of the circuit configuration of the variable matching circuit 70. The variable matching circuit 70 includes five capacitors C1, four inductors L1, and two variable capacitance diodes D1 and D2. The terminals d1 and d2 are connected to the control circuit 60. The terminals e1 and e2 are connected to the antenna 40. Terminal f1 and terminal f2 are connected to transceiver 50.
[0057]
FIG. 6B is an equivalent circuit of FIG. 6A when a high-frequency signal is applied between the terminals e1 and e2 and the terminals f1 and f2. FIG. 6C is an equivalent circuit of FIG. 6A when a DC signal is supplied to the terminals d1 and d2. For the high-frequency signal, the capacitor C1 is short-circuited, and the inductor L1 is opened (see FIG. 6B). Therefore, a signal in the radio frequency band to be transmitted or received is not input to the control circuit 60.
[0058]
On the other hand, for a DC signal, the capacitor C1 is opened and the inductor L1 is short-circuited (see FIG. 6C). Therefore, the DC voltage generated by the control circuit 60 is not applied to the antenna 40 or the wireless transceiver 50.
[0059]
Variable capacitance diodes D1 and D2 generate capacitances C 'and C, respectively, in proportion to the reverse bias voltage applied by control circuit 60.
[0060]
It is assumed that the transceiver 50 is formed of a 50Ω input / output line. Even when the impedance from the broken line A to the antenna 40 shown in FIG. 6B is not 50Ω, the impedance when the antenna 40 side is viewed from the broken line B is adjusted to 50Ω by adjusting the capacitances C ′ and C. be able to. Thereby, the impedance between the antenna 40 and the transceiver 50 can be matched.
[0061]
The variable matching circuit 70 can match the impedance between the antenna 40 and the transceiver 50 even when the transceiver 50 is configured with an input / output line having a characteristic impedance other than the 50Ω system. This increases the degree of freedom in antenna design. For example, the antenna can be reduced in size or posture.
[0062]
Even if a change in the radiation pattern causes an impedance mismatch between the antenna 40 and the transceiver 50, the variable matching circuit 70 can match the impedance between the antenna 40 and the transceiver 50. As a result, the communication quality of the wireless device is improved.
[0063]
In the fourth embodiment, a variable matching circuit 70 is added to the first embodiment. However, even if the variable matching circuit 70 is added to the second or third embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.
[0064]
Next, FIGS. 7A to 10B show an embodiment of the antenna 40. In these drawings, only the base plate 10, the slot 20, the switch 30, and the antenna 40 are shown, and other components are omitted.
[0065]
The antenna 40 shown in FIGS. 7A and 7B is a monopole antenna 40a. FIG. 7A is a view from the front of the main plate 10, and FIG. 7B is a view from the right side of the main plate 10.
[0066]
The antenna 40a extends perpendicular to the longitudinal direction of the slot 20. The height of the antenna 40a from the surface of the base plate 10 is about λ / 100 to about λ / 10.
[0067]
The antenna 40 shown in FIGS. 8A and 8B is an inverted F antenna 40b. FIG. 8A is a diagram viewed from the front of the main plate 10, and FIG. 8B is a diagram viewed from the right side of the main plate 10.
[0068]
The antenna 40b extends perpendicular to the longitudinal direction of the slot 20. The height of the antenna 40b from the surface of the base plate 10 is about λ / 100 to about λ / 10.
[0069]
The antenna 40 shown in FIGS. 9A and 9B is a slot antenna 40c. FIG. 9A is a view from the front of the main plate 10, and FIG. 9B is a view from the right side of the main plate 10.
[0070]
The slot antenna 40c is close to the slot 20 and extends parallel to the longitudinal direction of the slot 20. The height of the antenna 40c from the surface of the base plate 10 is about λ / 100 to about λ / 10.
[0071]
The antenna 40 shown in FIGS. 10A and 10B is a patch antenna 40d. FIG. 10A is a diagram viewed from the front of the main plate 10, and FIG. 10B is a diagram viewed from the right side of the main plate 10.
[0072]
The antenna 40 d is close to the slot 20 and faces parallel to the surface of the main plate 10. The height of the antenna 40c from the surface of the base plate 10 is about λ / 100 to about λ / 10.
[0073]
By using any of the antennas 40a to 40d in the first to fourth embodiments, the first to fourth embodiments can obtain the respective effects. In the third embodiment, any one of the antennas 40a to 40d is applied to the antenna 42.
[0074]
FIG. 11 shows a portable wireless device 500 as a specific example of the wireless device shown in FIG. The portable wireless device 500 includes components included in the wireless device 100, a sound modulator / demodulator (PCM (Pulse Code Modulation)) 80, a speaker 90, and a microphone 92.
[0075]
The audio modulator / demodulator 80 is connected to the transceiver 50, the control circuit 60, the speaker 90, and the microphone 92. The audio modulator / demodulator 80 demodulates a signal received by the antenna 40 and demodulated by the transceiver 50 into an audio signal. The audio modulator / demodulator 80 modulates the audio signal and sends it to the transceiver 50. Further, the audio modulator / demodulator 80 transmits to the control circuit 60 a modulation / demodulation display signal indicating that the modulation or demodulation of the audio signal is being performed. The modulation / demodulation display signal may be a simple digital value. For example, the modulation / demodulation display signal may be high when the modulation or demodulation of the audio signal is being performed, and may be low when not performing these.
[0076]
The speaker 90 converts the electrical audio signal demodulated by the audio modulator / demodulator 80 into audio. The microphone 92 converts the sound into an electric sound signal and sends it to the sound modulator / demodulator 80.
[0077]
When receiving the modulation / demodulation display signal from the audio modulator / demodulator 80, the control circuit 60 determines that a voice call is in progress and short-circuits the switch 30. Conversely, when the control circuit 60 has not received the modulation / demodulation display signal from the voice modulator / demodulator 80, the control circuit 60 determines that voice communication is not being performed and opens the switch 30.
[0078]
Next, the operation of the portable wireless device 500 during transmission will be described.
[0079]
The microphone 92 receives the sound emitted from the user and converts the sound into an electric sound signal. An audio modulator / demodulator 80 modulates the audio signal, and a transceiver 50 modulates it to a radio frequency. The transceiver 50 transmits a radio frequency signal through the antenna 40.
[0080]
Next, the operation of portable radio device 500 at the time of reception will be described.
[0081]
The transceiver 50 receives a signal via the antenna 40. The transceiver 50 demodulates this signal, and the audio modulator / demodulator 80 demodulates the demodulated signal into an electrical audio signal. The speaker 90 converts the electric sound signal into sound and outputs the sound to the user.
[0082]
As described above, when the user is making a voice call with the portable wireless device 500, the control circuit 60 short-circuits the switch 30. As a result, the antenna 40 becomes directional with respect to the ground plane 10 on the side opposite to the head of the user.
[0083]
The antenna 40 is provided on a surface of the base plate 10 that faces in a direction opposite to the direction in which the speaker 90 and the microphone 92 face. As a result, when the portable wireless device 500 is used near the user's head, the antenna 40 is located on the opposite side of the main plate 10 from the user's head. As a result, the antenna 40 has directivity on the side opposite to the user's head with respect to the main plate 10. Therefore, no electromagnetic wave is emitted from the portable wireless device 500 to the user's head during a voice call. Therefore, the radiation pattern is not disturbed and the gain of the antenna does not decrease. Electromagnetic waves are not absorbed by the user's head and radiation efficiency does not decrease.
[0084]
On the other hand, during communication other than the voice call, for example, when communicating by e-mail, the switch 30 is opened because the voice modem 80 does not modulate or demodulate the voice. Therefore, the antenna 40 and the slot 20 are electromagnetically coupled, and the antenna 40 and the slot 20 become non-directional. Due to the omnidirectional radiation pattern, communication is not interrupted even when the portable wireless device 500 is moving at high speed.
[0085]
As described above, the portable wireless device 500 can obtain a radiation pattern that improves the antenna gain and radiation efficiency both in the case of a voice call and in other cases. As a result, the communication quality of the portable wireless device 500 is improved.
[0086]
The portable wireless device 500 can obtain the same effect by applying the wireless devices 200 to 400 according to the second to fourth embodiments instead of the wireless device 100.
[0087]
In the first to fourth embodiments, the scatterer is detected by RSSI. The portable wireless device 500 detects a scatterer depending on whether or not a voice call is being performed.
[0088]
However, a camera that receives an image on the surface of the ground plate 10 opposite to the surface on which the antenna 40 is arranged may be provided, and the scatterer may be detected by this camera. Furthermore, by detecting the capacitance generated between the scatterer and the ground plane 10, detecting the contact between the scatterer and the housing surrounding the wireless device, and detecting the energy generated by the scatterer such as sound and infrared light, Scatterers can be detected.
[0089]
【The invention's effect】
The wireless device according to the present invention can be made smaller than before without deteriorating antenna characteristics, and can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a wireless device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a wireless device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a wireless device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a wireless device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a switch 30.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a variable matching circuit 70.
FIG. 7 illustrates an embodiment of an antenna 40.
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of an antenna 40;
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of an antenna 40;
FIG. 10 illustrates an embodiment of an antenna 40.
11 is a diagram illustrating a portable wireless device as a specific example of the wireless device illustrated in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
100 wireless device
10 Ground plate
20 slots
30 switches
40 antenna
50 transceiver
60 control circuit

Claims

A ground plane including a plurality of ground plane areas having a slot in which a signal in a certain frequency band resonates, and adjacent to the slot,
A switch disposed in the slot, for short-circuiting or opening between the plurality of ground plane regions;
An antenna that electromagnetically couples with the slot at a first strength when the switch short-circuits the plurality of ground plane regions, and electromagnetically couples with the slot at a second strength greater than the first strength when opened;
A transceiver for transmitting or receiving a signal via the antenna,
A control circuit for controlling the switch based on a signal transmitted or received by the transceiver.

The longitudinal length of the slot is approximately one-half wavelength of the electromagnetic wave propagating in the slot,
The wireless device according to claim 1, wherein the switch is provided substantially in the middle of a side extending in a longitudinal direction of the slot.

The slot is a dual-frequency slot in which each of two signals having different frequency bands resonates,
The wireless device according to claim 1, wherein the antenna is a dual-frequency antenna in which each of the two signals resonates.

The switch is provided in plurality,
The wireless device according to claim 1, wherein the control circuit changes a frequency band of a signal resonating in the slot by switching at least one of the plurality of switches.

The longitudinal length of the slot is about one-half wavelength of the first signal;
A first switch of the plurality of switches is provided at a position separated from the one end of the slot by about a half wavelength of a second signal having a shorter wavelength than the first signal;
The wireless device according to claim 4, wherein a second switch among the plurality of switches is provided substantially at an intermediate position between the one end of the slot and the first switch.

A variable matching circuit that is connected between the antenna and the transceiver and that matches impedance between the antenna and the transceiver.
The wireless device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control circuit controls the impedance of the variable matching circuit.

A microphone that inputs audio and converts it to an electrical audio signal,
A speaker that converts an electrical audio signal into audio and outputs the audio;
An audio modem connected to the microphone and the speaker and transmitting a modulation / demodulation display signal indicating that a voice call is being performed when modulating or demodulating the audio signal to the control device,
The wireless device according to claim 1, wherein the control circuit short-circuits or opens the switch by receiving the modulation / demodulation display signal.

The wireless device according to claim 7, wherein the antenna is provided on a surface of the base plate facing in a direction opposite to a direction of the microphone or the speaker.

The wireless device according to claim 1, wherein the control circuit controls the switch based on a received signal strength indication signal.

A ground plane including a plurality of ground plane areas adjacent to each other with a slot where a signal in a certain frequency band resonates as a boundary, and a switch arranged in the slot and short-circuiting or opening between the plurality of ground plane areas, and a signal is transmitted via an antenna. In a wireless communication method using a wireless device transmitting or receiving,
The switch shorting the plurality of ground plane regions to electromagnetically couple the antenna and the slot at a first strength;
The switch opening the plurality of ground plane regions in order to electromagnetically couple the antenna and the slot with a second strength greater than the first strength.