JP2006166261A

JP2006166261A - 携帯無線機

Info

Publication number: JP2006166261A
Application number: JP2004357318A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nishikido; 友昭西木戸; Yutaka Saito; 裕斎藤; Yoshio Koyanagi; 芳雄小柳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22
Also published as: WO2006062059A1; US20100111143A1

Abstract

【課題】使用者による様々な使用状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できる携帯無線機を提供する。
【解決手段】筐体４の表示部２３の側に対向する側の筐体上端からアンテナ素子１を外部に配置し、アンテナ素子１と同一側のアンテナ素子１と幅方向に離間して平行にアンテナ素子２を配置し、アンテナ素子１と厚み方向に離間した表示部２３の側からアンテナ素子１と平行にアンテナ素子３を配置する。アンテナ素子１は送受共用器１４と接続され、アンテナ素子２又はアンテナ素子３は、重力センサー２２からの角度情報によって高周波スイッチ１１が制御されていずれか一方を選択し、送受共用器１５と接続される。受信信号は、送受共用器１４及び１５を介して受信回路１８及び１９によって増幅され、復調部２０によって分離されることで受信情報が抽出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速かつ大容量の無線通信を実現するために、低い相関特性を有する携帯無線機に関するものである。

近年、移動体通信の普及により高速かつ大容量の無線通信システムの構築が必要とされている。これを実現する技術として、送信側，受信側に複数のアンテナを用いて通信を行う空間多重伝送（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）が注目されている。

複数の送信アンテナから時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行い、複数の受信アンテナで受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。したがって、第４世代などの将来の携帯無線通信システムにおいては、ＭＩＭＯ技術の応用が期待されており、その実現にはＭＩＭＯに適した携帯無線機用のアンテナ構成が必要となる。

ここで、受信側で空間多重された信号を分離するためには、アンテナ間のフェージング相関が十分に小さくなるようにアンテナを配置する必要がある。また、携帯無線機であるために、ユーザの使用状態において携帯電話に搭載した複数のアンテナ間の相関係数を低くすることが重要となる。

このような問題に対応する従来の携帯無線機としては、例えば特許文献１に開示されているような、折り畳み携帯電話の上部筐体及び下部筐体の内部に、それぞれアンテナを配置して、アンテナ間の低相関を実現している構成が知られている。

また、特許文献２に記載されているように、携帯電話の筐体上部に伸縮式のホイップアンテナと内蔵ヘリカルアンテナを配置して、ダイバーシチを実現している構成が知られている。

特開平３−２８０６２５号公報特開平９−１３５１２０号公報

しかしながら、上記説明した特許文献１に示されている従来のアンテナでは、下部筐体内部にアンテナが配置されているために、使用者が携帯電話を使用する際に手がアンテナ部を覆うことで、アンテナ利得が大幅に劣化してしまい、高速及び大容量通信の性能が劣化する課題や、高速及び大容量伝送を考慮した無線部の回路構成が示されていない課題があった。

また、特許文献２に示されている従来のアンテナでは、アンテナ配置場所が限定されているために、携帯電話を傾けて使用する状態においてはアンテナ間の相関係数が高くなるために高速及び大容量通信の性能が劣化する課題や、高速及び大容量伝送を考慮した無線部の回路構成が示されていない課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、携帯電話の幅方向に配置した２本のアンテナと、２本のうちの１本に対向して厚み方向にアンテナを１本配置することで、使用者が携帯電話を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できる携帯無線機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の携帯無線機は、筐体の厚み方向に離間して平行に配置される第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と、前記筐体の幅方向に前記第１アンテナ素子に離間して平行に配置される第３アンテナ素子と、前記第１アンテナ素子に接続される第１送受共用器と、前記第２アンテナ素子又は前記第３アンテナ素子のいずれか一方を選択し、第２送受共用器と接続する選択手段と、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子または前記第３アンテナ素子との相関が低くなるよう前記選択手段を制御する制御手段と、前記筐体内部に設けられ、グランドパターンを有する回路基板と、前記回路基板上に実装された前記第１送受共用器に接続される第１の無線回路部と、前記回路基板上に実装された前記選択手段に接続される第２の無線回路部とを備えた構成を採る。

このような構成によれば、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を実現できる。

また、本発明の携帯無線機は、第１の筐体と、前記第１の筐体内の表示部側に筐体長辺に沿って配置されている第１板状導体と、前記上部筐体内の前記表示部側と反対面に筐体長辺に沿って配置されている第２板状導体及び第３板状導体と、第２の筐体と、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを回動自在に連結するヒンジ部と、前記第２の筐体内部に設けられ、グランドパターンを有する回路基板と、前記第１板状導体と前記第２板状導体又は前記第１板状導体と前記第３板状導体又は前記第２板状導体と前記第３板状導体のいずれか一組を選択する手段と、前記選択された一組の板状導体間の相関が低くなるよう前記選択手段を制御する制御手段と、選択された一組の前記板状導体に接続される複数の送受共用器と、前記回路基板上に実装された前記共用器の一つに接続される無線回路部とを備えた構成を採る。

このような構成によれば、携帯無線機のデザイン性を損ねることがない範囲で内蔵アンテナを構成することができ、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を実現できる。

さらに、本発明の携帯無線機は、前記選択手段を制御する制御手段として、前記携帯無線機の傾き角を検知する傾き検知手段を備え、前記傾き検知手段の検出結果に応じて前記選択手段を制御することを備えた構成を採る。
このような構成によれば、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を実現できる。

また、本発明の携帯無線機は、前記選択手段によって選択されない放射素子を、ある特定のリアクタンス成分を備えた回路を介して前記回路基板に短絡することを備えた構成を採る。
このような構成によれば、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数をさらに低くし、高速及び大容量通信を実現できる。

本発明の携帯無線機によれば、携帯無線機の幅方向に配置した２本のアンテナと、２本のうちの１本に対向して厚み方向にアンテナを１本配置することで、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できるという効果を有する携帯無線機を提供することができるものである。

以下、本発明の実施形態に係る携帯無線機について、図１から図６及び式（１）を用いて説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態の携帯無線機について、図１から図５を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態における携帯無線機の基本構成を示している。図１に示すように、本実施形態の携帯無線機の筐体４は、絶縁体である樹脂材料による成形品で構成されており、一般に長さが１２０ｍｍ、幅が５０ｍｍ、厚み方向の奥行きが１５ｍｍ程度に設定される。導電性のアンテナ素子１は、例えば、長さが７０ｍｍで径が１ｍｍの銅線からなり、表示部２３の側に対向する側の筐体上部の角から筐体４の長手方向と同一方向（すなわち、筐体上部の面に垂直方向）に外部に配置する。

導電性のアンテナ素子２は、例えば、長さが７０ｍｍで径が１ｍｍの銅線からなり、表示部２３の側に対向する側でアンテナ素子１と平行にアンテナ素子１との間隔Ｗ１を例えば１２ｍｍとして配置する。
導電性のアンテナ素子３は、例えば、長さが７０ｍｍで径が１ｍｍの銅線からなり、表示部２３の側の角にアンテナ素子１と平行にアンテナ素子１との間隔Ｗ１を例えば１２ｍｍとして配置する。

アンテナ素子１、アンテナ素子２及びアンテナ素子３の下部に設けられた給電点５、給電点６及び給電点７は、筐体４の内部の整合回路８、整合回路９及び整合回路１０に電気的に接続される。整合回路８、整合回路９及び整合回路１０のグランド電位は、グランド板２４上のグランドパターンに接地される。整合回路８、整合回路９及び整合回路１０は、アンテナ素子１、アンテナ素子２及びアンテナ素子３のインピーダンスを回路インピーダンス（一般に、５０Ω）に整合を取る機能を果たす。

時空間符号化した同じ信号はそれぞれの無線回路部である送信回路１６及び１７によって増幅され、送信回路１６は１つのアンテナを送信と受信で共用するための送受共用器（デュープレクサ）１４を介して整合回路８に給電する。送信回路１７は送受共用器１５及び高周波スイッチ１１を介して整合回路９又は整合回路１０に給電する。

高周波スイッチ１１は、例えば、ＦＥＴやＰＩＮダイオードで構成されており、制御部２１の制御信号によって、整合回路９又は整合回路１０のいずれか一方に給電するかを選択する。給電されない整合回路９又は整合回路１０のいずれか一方は、終端回路１２又は終端回路１３に接続される。終端回路１２及び終端回路１３は、一定のインピーダンスを有し、特定のリアクタンス素子ないしは抵抗などから構成されてグランド板２４上のグランドパターンに接地される。制御部２１は携帯無線機の筐体４の傾き角を検知する重力センサー２２からの角度情報によって高周波スイッチ１１を制御する信号を生成する。重力センサー２２は、例えば、ジャイロセンサーなどからなり携帯無線機の傾きを検知する。

受信信号は、送受共用器１４、１５を介して無線回路部である受信回路１８、１９によって増幅され、復調部２０によって分離されることで受信情報が抽出される。

このように構成された携帯無線機のアンテナ動作を、図２から図５に示すような携帯無線機の使用状態に対応しながら、動作周波数を例えば、２．１４ＧＨｚに設定して説明する。

また、ここで高速及び大容量に実現するためにはアンテナ間の相関特性を低くする必要がある。また、携帯無線機アンテナの相関特性を評価する指標としては，一般的にアンテナ間の相関特性が用いられる。２本のアンテナによる相関係数（ρｅ）の理論式（１）は、電子情報通信学会論文誌（Ｂ−II，Ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｂ−II，Ｎｏ．１２，ｐｐ．８８３−８９５）に示されている。相関係数は、例えば、図１の場合、携帯無線機のアンテナの先端を天頂（Ｚ）方向に向けて配置した状態において、理論式（１）式で与えられる。

式（１）において、Ｅθ１，Ｅφ１はアンテナ１のθ偏波成分の複素電界指向性であり、Ｅθ２，Ｅφ２はアンテナ２のθ偏波成分の複素電界指向性である。Ｐθ（θ、φ），Ｐφ（θ、φ）はそれぞれθ、φ成分のアンテナに入射する到来波角密度関数を表している。

また、ＸＰＲはアンテナに入力する到来波の交差電力比であり、水平偏波成分に対する垂直偏波成分の電力比率である。移動通信の多重波環境における一般的な交差偏波電力比ＸＰＲは４〜９ｄＢであることが知られている。これは、到来波の垂直偏波成分が水平偏波成分に対して４〜９ｄＢ高いと仮定して算出される。したがって、アンテナの放射パターンにおいて、垂直偏波成分に対してＸＰＲだけ重み付けされることになる。

以降、ＸＰＲは市街地の一般的な値である６ｄＢを用いて説明を行う。また、市街地における到来波の平均仰角は０°〜３０°とほぼ水平方向の範囲に存在することが知られているために、ここでは平均仰角を０°とし、到来波の広がりを示す標準偏差を２０°と設定して算出した結果で以降を説明する。また、相関係数は一般的には０．６以下となることが望ましい。

まず、携帯無線機が図１に示すように、携帯無線機のアンテナ素子１、アンテナ素子２及びアンテナ素子３の給電点５、６、７と反対方向の先端を天頂（Ｚ）方向に向けて配置した場合について説明する。アンテナ素子１とアンテナ素子２との間隔Ｗ１は１２ｍｍであり、その場合の相関係数は０．５５となる。また一方、アンテナ素子１とアンテナ素子３との間隔Ｗ１は１２ｍｍであり、その場合の相関係数は０．５５と同じ値となる。したがって、この場合、高周波スイッチ１１はアンテナ素子２又はアンテナ素子３のどちらを選択しても良い。ここでは、例えばアンテナ素子２を選択することにする。また、アンテナ素子１、アンテナ素子２及びアンテナ素子３は長さが７０ｍｍであり、半波長モノポールアンテナとして動作し、水平面の垂直偏波成分の指向性はほぼ無指向性となる。

携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２の検知結果を元に、傾き角度を０°と判定し、制御部２１に検知結果を送り、制御部２１は高周波スイッチ１１にアンテナ素子２の整合回路９に送受共用器１５を接続し、アンテナ素子３の整合回路１０に終端回路１２を接続するように制御信号を送る。この場合、例えば終端回路１２のインピーダンスは５０Ωに設定すると低相関となる。

上記のように高周波スイッチ１１が切り替わることで、アンテナ素子１及びアンテナ素子２間の相関係数は０．５５と低く抑えられ、送信の場合は、アンテナ素子１及びアンテナ素子２から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、アンテナ素子１及びアンテナ素子２で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

次に、図２に示すように携帯無線機が傾いた場合（すなわち図１の座標系でＹ方向へＺ軸から６０°傾いた場合）、アンテナ素子１とアンテナ素子２との相関係数は０．７５と高くなり、高速かつ大容量通信の効果が低減する。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、アンテナ素子１及びアンテナ素子２の最大利得方向（Ｘ方向）では遠方界からのアンテナ素子１とアンテナ素子２の位置関係は同じと見立てることになる。すなわち、空間的な位置の違い（位相差）がほぼ同一となり、相関特性が高くなる。

また一方、アンテナ素子１とアンテナ素子３との相関係数は０．５４と低相関となる。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、アンテナ素子１及びアンテナ素子３の最大利得方向（Ｘ方向）では遠方界からのアンテナ素子１とアンテナ素子３の位置関係は異なるように見立てられる。すなわち空間的な位置の違い（位相差）が異なるように見立てられ、相関特性を低く抑えることができる。

したがって、この場合、携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２がＹ方向に傾いていることを検知し、その検知結果を制御部２１に送り、制御部２１は高周波スイッチ１１にアンテナ素子３の整合回路１０に送受共用器１５を接続し、アンテナ素子２の整合回路９に終端回路１３を接続するように制御信号を送る。この場合、例えば、終端回路１３のインピーダンスを５０Ωに設定すると低相関となる。

上記のように高周波スイッチ１１が切り替わることで、アンテナ素子１及びアンテナ素子３間の相関係数は０．５４と低く抑えられ、送信の場合は、アンテナ素子１及びアンテナ素子３から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、アンテナ素子１及びアンテナ素子３で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度が向上されかつ大容量通信が可能となる。

この携帯無線機の傾きは、例えば、図３に示すように、使用者が携帯無線機を手で保持して耳に近接させて使用する通話状態とほぼ同等な角度である。すなわち、通話状態においても携帯無線機の傾き角度を検知して、アンテナ素子１及びアンテナ素子３を選択することでアンテナ間が低相関となり、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

次に、図４に示すように携帯無線機が傾いた場合（すなわち図１の座標系で−Ｘ方向へＺ軸から６０°傾いた場合）、アンテナ素子１とアンテナ素子３との相関係数は０．８４と高くなり、高速かつ大容量通信の効果が低減する。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、アンテナ素子１及びアンテナ素子３の最大利得方向（Ｙ方向）では遠方界からのアンテナ素子１とアンテナ素子３の位置関係は同じと見立てることになる。すなわち、空間的な位置の違い（位相差）がほぼ同一となり、相関特性が高くなる。

また一方、アンテナ素子１とアンテナ素子２との相関係数は０．４９と低相関となる。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、アンテナ素子１及びアンテナ素子２の最大利得方向（Ｙ方向）では遠方界からのアンテナ素子１とアンテナ素子２の位置関係は異なるように見立てられる。すなわち空間的な位置の違い（位相差）が異なるように見立てられ、相関特性を低く抑えることができる。

したがって、この場合、携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２が−Ｘ方向に傾いていることを検知し、その検知結果を制御部２１に送り、制御部２１は高周波スイッチ１１にアンテナ素子２の整合回路９に送受共用器１５を接続し、アンテナ素子３の整合回路１０に終端回路１２を接続するように制御信号を送る。この場合、終端回路１２のインピーダンスを５０Ωに設定すると低相関となる。

上記のように高周波スイッチ１１が切り替わることで、アンテナ素子１及びアンテナ素子２間の相関係数は０．４９と低く抑えられ、送信の場合は、アンテナ素子１及びアンテナ素子２から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、アンテナ素子１及びアンテナ素子２で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

この携帯無線機の傾きは、例えば、図５に示すような使用者が携帯無線機を手で保持して胸の前で構えてメール操作やインターネット接続やＴＶ電話を使用する操作状態とほぼ同等な角度である。すなわち、操作状態において、携帯無線機の傾き角度を検知して、アンテナ素子１及びアンテナ素子２を選択することでアンテナ間が低相関となり、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

以上の説明のように、本実施形態における携帯無線機の特徴は、携帯無線機の幅方向に配置した２本のアンテナと、２本のうちの１本に対向して厚み方向にアンテナを１本配置し、使用者が携帯電話を使用する様々な状態でアンテナ素子を選択することで、アンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できる点である。

なお、本実施形態においては、筐体上部に配置したアンテナを３本の半波長のモノポールアンテナとして説明したが、これに限らす、４分の１波長モノポールアンテナ素子やヘリカル素子であっても低相関となり、配置条件によって低相関を実現すことができる。

また、本実施形態においては、筐体上部に配置したアンテナを３本の半波長のモノポールアンテナとして説明したが、これに限らす、板状逆Ｆアンテナを表示部面と反対方向に２つ配置し、その一方に対向して表示部に板状逆Fアンテナを１つ配置した場合においても低相関が実現され、さらにアンテナ素子を内蔵することが可能となる。

また、本実施形態においては、上部筐体と下部筐体に分割されていないストレート型携帯無線機における構造を示したが、上部筐体と下部筐体とに分割されている折りたたみ携帯無線機においても、３つのアンテナ素子を筐体上部に同様に配置すれば、同様な効果が得られる。また、３つのアンテナ素子をヒンジ部に同様に配置しても同様な効果が得られる。

また、本実施形態においては、アンテナ素子及び送受信回路をさらに増やした場合においては、さらに高速及び大容量通信の効果を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の携帯無線機について図６を用いて説明する。
図６は、実施形態における携帯無線機の基本構成を示し、図４（ａ）は携帯無線機を背面から見た概略構成図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示している。
なお、図６中、図１と同一の符号を付すものは同一の構成要素を示し、同様な動作を行うものとする。
また、図６は、折りたたみ構造を有する携帯無線機が開かれた状態（以下、開状態）を示している。

携帯無線機は、上ケース５０、下ケース５１、ヒンジ部５２、板状導体３０、板状導体３１、板状導体３２、グランド板４６、表示部４９を有して構成される。

上部筐体及び下部筐体に相当する上ケース５０及び下ケース５１は、絶縁体である樹脂により構成されており、一般に長さが１００ｍｍで幅が５０ｍｍ程度に設定される。上ケース５０及び下ケース５１はヒンジ部５２において回動可能なように接続されており、これにより折りたたみ型構造が形成される。

板状アンテナ素子に相当する板状導体３０は、例えば、長さＬ１が７０ｍｍで幅Ｗ２が４５ｍｍ程度の銅板からなり、上ケース５０の内部においてケースの表示部４９の面に沿って配置される。板状導体３１及び板状導体３２は、例えば、長さＬ１が７０ｍｍで幅Ｗ３及びＷ４が２０ｍｍ程度の銅板からなり、上ケース５０の内部においてケースの表示部４９の面と反対面に沿って配置される。

板状導体３１と板状導体３２の間隔Ｇは、例えば、５ｍｍとされる。板状導体３１及び板状導体３２と板状導体３０との間隔Ｈは、例えば、５ｍｍとされる。また、板状導体３０、板状導体３１及び板状導体３２は、その厚みが、例えば、０．１ｍｍ程度に設定され、厚みが例えば７ｍｍ程度と薄い上ケース５０の内部において、表示素子などの他の構成部品と構造的に干渉しないように配置される。

グランド板４６は、例えば、長さが９０ｍｍで幅が４５ｍｍ程度の導体板であり、一般には下ケース５１の内部に配設されている回路のグランドパターンが利用される。グランド板４６上には、回路のグランド電位となるグランドパターンがほぼ全面に形成される。整合回路３９、整合回路４０及び整合回路４１のグランド電位は、グランド板４６上のグランドパターンに接地される。

板状導体３０、板状導体３１及び板状導体３２の下部に設けられた給電点３３、給電点３４及び給電点３５は、給電線３６、給電線３７及び給電線３８によって整合回路３９、整合回路４０及び整合回路４１に電気的に接続される。給電線３６、給電線３７及び給電線３８は、自在に曲げることができるフレキシブルな線材が用いられ、これによりヒンジ部５２において上ケース５０が下ケース５１に対して回動できるように構成される。

整合回路３９、整合回路４０及び整合回路４１は、板状導体３０、板状導体３１及び板状導体３２の回路インピーダンス（一般に、５０Ω）に整合を取る機能を果たす。

時空間符号化した同じ信号はそれぞれの送信回路１６、１７によって増幅される。送信回路１６は送受共用器１４及び高周波スイッチ４２を介して整合回路４０又は整合回路４１に給電する。送信回路１７は送受共用器１５及び高周波スイッチ４２を介して整合回路３９又は整合回路４０に給電する。また、例えば、送受共用器１４が整合回路４０と接続する場合は、送受共用器１５は整合回路４０とは接続せずに、整合回路３９と接続する。すなわち、整合回路４０に送受共用器１４及び送受共用器１５が同時に接続することがないように高周波スイッチ４２が制御される。

高周波スイッチ４２は、例えば、ＦＥＴやＰＩＮダイオードで構成されており、制御部２１の制御信号によって、整合回路３９及び整合回路４０又は整合回路４０及び整合回路４１又は整合回路３９及び整合回路４１のいずれか一組に給電するかを選択する。給電されない整合回路３９、整合回路４０又は整合回路４１のいずれか一つは、終端回路４３、終端回路４４又は終端回路４５に接続される。終端回路４３、終端回路４４及び終端回路４５は、一定のインピーダンスを有し、特定のリアクタンス素子ないしは抵抗などから構成されてグランド板４６上のグランドパターンに接地される。
上記のように構成することで、板状導体３０、板状導体３１及び板状導体３２は、グランド板４６に給電されたダイポールアンテナとして動作する。

このように構成された携帯無線機のアンテナ動作を、図２から図５に示すような携帯無線機の使用状態に対応しながら、動作周波数を例えば、２．１４ＧＨｚに設定して説明する。
まず、携帯無線機が図６に示すように、携帯無線機の板状導体３０、板状導体３１及び板状導体３２の給電点と反対方向の先端を天頂（Ｚ）方向に向けて配置した場合について説明する。

板状導体３０と板状導体３１及び板状導体３２との間隔Ｈは５ｍｍであり、その場合の相関係数はそれぞれ０．１５となる。また一方、板状導体３１と板状導体３２との間隔Ｇも５ｍｍであるが、相関係数は０．２７と０．１程度高くなる。したがって、この場合、板状導体３０及び板状導体３１又は板状導体３０及び板状導体３２のどちらかの組み合わせを選択しても良い。ここでは、例えば板状導体３０及び板状導体３１の組み合わせを選択することにする。

携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２の検知結果を基に、傾き角度を０°と判定し、制御部２１に検知結果を送り、制御部２１は高周波スイッチ４２によって板状導体３１の整合回路３９に送受共用器１５を接続し、板状導体３０の整合回路４０に送受共用器１４を接続し、板状導体３２の整合回路４１に終端回路４４を接続するように制御信号を送る。この場合、例えば、終端回路４１のインピーダンスを５０Ωに設定する。

上記のように高周波スイッチ４２が切り替わることで板状導体３０及び板状導体３１間の相関係数は０．１５と低く抑えられ、送信の場合は、板状導体３０及び板状導体３１から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、板状導体３０及び板状導体３１で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

次に、図６の構成において、図２に示すように携帯無線機が傾いた場合（すなわち図６の座標系でＹ方向へＺ軸から６０°傾いた場合）、板状導体３１と板状導体３２との相関係数は０．４０と高くなり、高速かつ大容量通信の効果は傾きがない場合と比較して低減する。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、板状導体３１と板状導体３２の最大利得方向（Ｘ方向）では遠方界からの板状導体３１と板状導体３２との位置関係は同じと見立てることになる。すなわち、空間的な位置の違い（位相差）がほぼ同一となり、相関特性が高くなる。

また一方、板状導体３０と板状導体３１との間及び板状導体３０と板状導体３２との間の相関係数は０．１５と低相関となる。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、板状導体３０と板状導体３１及び板状導体３０と板状導体３２の最大利得方向（Ｘ方向）では遠方界からの板状導体３０と板状導体３１及び板状導体３０と板状導体３２の位置関係は異なるように見立てられる。すなわち空間的な位置の違い（位相差）が異なるように見立てられ、相関特性を低く抑えることができる。

したがって、この場合、板状導体３０及び板状導体３１又は板状導体３０及び板状導体３２のどちらかの組み合わせを選択しても良い。ここでは、例えば板状導体３０及び板状導体３２の組み合わせを選択することにする。

上記のように高周波スイッチ４２が切り替わることで板状導体３０及び板状導体３２間の相関係数は０．１５と低く抑えられ、送信の場合は、板状導体３０及び板状導体３２から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、板状導体３０及び板状導体３２で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

したがって、この場合、携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２がＹ方向に傾いていることを検知し、その検知結果を制御部２１に送り、制御部２１は高周波スイッチ４２に板状導体３０の整合回路４０に送受共用器１５を接続し、板状導体３２の整合回路４１に送受共用器１４を接続し、板状導体３１の整合回路３９に終端回路４３を接続するように制御信号を送る。この場合、例えば、終端回路４３のインピーダンスを５０Ωに設定する。

この携帯無線機の傾きは、例えば、図３に示すような使用者が携帯無線機を手で保持して耳に近接させて使用する通話状態とほぼ同等な角度である。また、通話状態では右手に持つ場合と左手に持つ場合が想定される。また、放射導体が人体影響によるアンテナ放射効率の低下を低減するためには、人体からより放射導体を離すことが望ましい。

例えば、右手保持通話状態の場合は、高周波スイッチ４２は人体の肩方向からより離れる位置にある板状導体３２を選択し、Ｙ方向に６０度傾いているために板状導体３０を選択する。したがって、アンテナの放射効率の低下を低減し、かつ低相関を実現するために、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

また、例えば、左手保持通話状態の場合は、高周波スイッチ４２は人体の肩方向からより離れる位置にある板状導体３１を選択し、Ｙ方向に６０度傾いているために板状導体３０を選択する。したがって、アンテナの放射効率の低下を低減し、かつ低相関を実現するために、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

すなわち、通話状態においても携帯無線機の傾き角度を検知して、板状導体の組み合わせを選択することでアンテナ間が低相関となり、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

次に、図６の構成において、図４に示すように携帯無線機が傾いた場合（すなわち図６の座標系で−Ｘ方向へＺ軸から６０°傾いた場合）、板状導体３０及び板状導体３１又は板状導体３０及び板状導体３２の相関係数は０．３０と高くなり、高速かつ大容量通信の効果がわずかに低減する。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、板状導体３０及び板状導体３１又は板状導体３０及び板状導体３２の最大利得方向（Ｙ方向）では遠方界からの板状導体３０及び板状導体３１又は板状導体３０及び板状導体３２の位置関係は同じと見立てることになる。すなわち、空間的な位置の違い（位相差）がほぼ同一となり、相関特性が高くなる。

また一方、板状導体３１及び板状導体３２との相関係数は０．２２と低相関となる。この要因は、携帯無線機が傾いた場合に、ほぼ水平方向（ＸＹ面）から電波が到来していると想定しているために、板状導体３１及び板状導体３２の最大利得方向（Ｙ方向）では遠方界からの板状導体３１及び板状導体３２の位置関係は異なるように見立てられる。すなわち空間的な位置の違い（位相差）が異なるように見立てられ、相関特性を低く抑えることができる。

したがって、この場合、携帯無線機の傾き角度を検知する重力センサー２２が−Ｘ方向に傾いていることを検知し、その検知結果を制御部２１に送り、制御部２１は高周波スイッチ４２に板状導体３１の整合回路３９に送受共用器１５を接続し、板状導体３２の整合回路４１に送受共用器１４を接続し、板状素子３０の整合回路４０に終端回路４５を接続するように制御信号を送る。この場合、例えば、終端回路４５のインピーダンスを５０Ωに設定する。

上記のように高周波スイッチ４２が切り替わることで、板状導体３１及び板状導体３２間の相関係数は０．２２と低く抑えられ、送信の場合は、板状導体３１及び板状導体３２から時空間符号化した同じ信号を同帯域で送信することで空間多重を行う。また、受信の場合も同様に、板状導体３１及び板状導体３２で受信して信号を分離することにより情報を抽出する。これにより、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

この携帯無線機の傾きは、例えば、図５に示すような使用者が携帯無線機を手で保持して胸の前で構えてメール操作やインターネット接続やＴＶ電話を使用する操作状態とほぼ同等な角度である。すなわち、操作状態において、携帯無線機の傾き角度を検知して、板状導体３１及び板状導体３２を選択することでアンテナ間の低相関を実現し、転送速度を向上させかつ大容量通信が可能となる。

以上の説明のように、本実施形態における携帯無線機の特徴は、携帯無線機の表示部面に配置した板状導体３０と、表示部面に対向する面に平行に配置した２つの板状素子３１、３２とを備えることにより、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ素子を選択することで、アンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できる点である。

なお、板状導体３０として、上部筐体の一部を構成する金属フレーム、上部筐体内部に配置される回路基板、又はアンテナ素子専用の板状導体素子を用いても同様な効果が得られる。

また、終端回路のインピーダンスを５０Ωと設定しているが、これに限らず、リアクタンス成分を−５０Ωなどのように給電されるアンテナに影響を与えない場合に相関係数が０．０５〜０．１程度改善する効果が得られ、さらに高速及び大容量通信の効果が向上する。

本発明にかかる携帯無線機は、使用者が携帯無線機を使用する様々な状態でアンテナ間の相関係数を低くし、高速及び大容量通信を確保できるため、携帯無線機の高性能化に有用である。

第１の実施形態の携帯無線機を示す基本構成図である。携帯無線機の傾きを説明する図である。携帯無線機の通話状態を示す図である。携帯無線機の傾きを説明する図である。携帯無線機の操作状態を示す図である。第２の実施形態の携帯無線機を示す基本構成図であり、（ａ）は携帯無線機の背面から視た概略構成図、（ｂ）は（ａ）における携帯無線機のＡ―Ａ断面図である。

符号の説明

１、２、３アンテナ素子
４筐体
５、６、７、３３、３４、３５給電点
８、９、１０、３９、４０、４１整合回路
１１、４２高周波スイッチ
１２、１３、４３、４４、４５終端回路
１４、１５送受共用器
１６、１７送信回路
１８、１９受信回路
２０復調部
２１制御部
２２重力センサー
２３、４９表示部
２４、４６グランド板
３０、３１、３２板状導体
３６、３７、３８給電線
５０上ケース
５１下ケース
５２ヒンジ部

Claims

筐体の厚み方向に離間して平行に配置される第１アンテナ素子及び第２アンテナ素子と、
前記筐体の幅方向に前記第１アンテナ素子に離間して平行に配置される第３アンテナ素子と、
前記第１アンテナ素子に接続される第１送受共用器と、
前記第２アンテナ素子又は前記第３アンテナ素子のいずれか一方を選択し、第２送受共用器と接続する選択手段と、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子または前記第３アンテナ素子との相関が低くなるよう前記選択手段を制御する制御手段と、
前記筐体内部に設けられ、グランドパターンを有する回路基板と、
前記回路基板上に実装された前記第１送受共用器に接続される第１の無線回路部と、
前記回路基板上に実装された前記選択手段に接続される第２の無線回路部とを備えたことを特徴とする携帯無線機。
第１の筐体と、
前記第１の筐体内の筐体長辺に沿って配置されている第１板状導体と、
前記第１の筐体内の前記第１板状導体に離間して筐体長辺に沿って配置される第２板状導体及び第３板状導体と、
第２の筐体と、
前記第１の筐体と前記第２の筐体とを回動自在に連結するヒンジ部と、
前記第２の筐体内部に設けられ、グランドパターンを有する回路基板と、
前記第１板状導体と前記第２板状導体又は前記第１板状導体と前記第３板状導体又は前記第２板状導体と前記第３板状導体のいずれか一組を選択する手段と、
前記選択された一組の板状導体間の相関が低くなるよう前記選択手段を制御する制御手段と、
選択された一組の前記板状導体に接続される複数の送受共用器と、
前記回路基板上に実装された前記送受共用器の一つに接続される無線回路部を備えたことを特徴とする携帯無線機。
前記選択手段を制御する制御手段として、前記携帯無線機の傾き角を検知する傾き検知手段を備え、前記傾き検知手段の検出結果に応じて前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の携帯無線機。
前記選択手段によって選択されない放射素子を、ある特定のリアクタンス成分を備えた回路を介して前記回路基板に短絡することを特徴とする請求項１、２又は３記載の携帯無線機。