JP2004312157A

JP2004312157A - 無線通信機および無線通信方法

Info

Publication number: JP2004312157A
Application number: JP2003100343A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sekine; 根秀一関; Kisho Odate; 舘紀章大; Takayoshi Ito; 藤敬義伊; Makoto Higaki; 垣誠桧; Keiichi Yamaguchi; 口恵一山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP3927918B2

Abstract

【課題】送信波を歪ませることなくアンテナのインピーダンス特性を微調整することができ、尚且つ、小型化できる無線通信機を提供する。
【解決手段】時分割多重方式によって信号を送信または受信する無線通信機１００において、導体からなる筐体１０１と、筐体１０１に接続された送信アンテナ１０３と、筐体１０１に接続された受信アンテナ１０２と、送信アンテナ１０３に接続された送信回路１０５と、受信アンテナ１０２に接続された受信回路１０４と、送信回路１０５の動作時に送信アンテナ１０３と受信アンテナ１０２との電磁結合を抑制する結合調節部１０６とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信機および無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯無線機は、小型化、薄型化および軽量化が進んでいる。ユーザが携帯無線機を容易に持ち運ぶことができるように、携帯無線機を小型化、薄型化および軽量化することは重要である。
【０００３】
一方、従来から人体が携帯無線機のアンテナに影響を与えることが問題となっている。人体は、無線周波数の電波を吸収および散乱させる。さらに、人体は、携帯無線機に近接することによって、そのアンテナのインピーダンスを変動させる。
【０００４】
従って、アンテナのインピーダンスを最適値となるように予め設定しても、実際の通話時にユーザの頭部が携帯無線機に近接することによって、アンテナのインピーダンスがその最適値からシフトしてしまうという問題があった。
【０００５】
この問題に対処するために、アンテナに可変リアクタンス回路を接続し、これによってアンテナのインピーダンスを調節する方策がある。
【０００６】
例えば、可変リアクタンス素子として、ダイオードなどの可変容量素子をアンテナに接続する。一般に、人体が携帯無線機に近接した場合には、アンテナの容量性リアクタンス成分が増加するので、人体が携帯無線機に近接したときに、可変容量素子の容量値を低減させるように制御することによって、アンテナのインピーダンスの変化を抑制することができる。このように、可変リアクタンス回路は、アンテナのインピーダンスの変化を補償することができる。
【０００７】
可変リアクタンス回路としては、ダイオードトランジスタ、ＰＩＮダイオード、ＧａＡｓ−ＦＥＴまたはダイオードなどの素子が用いられる。可変リアクタンス回路として、ＰＩＮダイオードやＧａＡｓ−ＦＥＴなどのスイッチング素子を用いた無線通信機が特許文献１および特許文献２に記載されている。可変リアクタンス回路として、ダイオードを用いた無線通信機が特許文献３に記載されている。
【０００８】
また、特許文献４には、アンテナを送信用のアンテナと受信用のアンテナとに分離し、受信用のアンテナにのみ可変リアクタンス素子を設けた無線通信機が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−７７７１９公報
【特許文献２】
特開平１０−１９０３４５号公報
【特許文献３】
特開平１１−４６１１５号公報
【特許文献４】
特開２０００−３６７０２公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
可変リアクタンス回路としてダイオードトランジスタを用いた場合、送信波のレベルによってダイオードトランジスタの特性が変動するため、送信波の波形が歪む。この波形の歪は、可変リアクタンス回路を備えた携帯無線機自身の送信信号を劣化させるだけでなく、他の携帯無線機が用いている周波数へ送信信号を漏洩させてしまう。
【００１１】
特許文献１および特許文献２において採用されているＰＩＮダイオードやＧａＡｓ−ＦＥＴはスイッチング素子として作用する。よって、送信波における波形の歪みが比較的小さい。しかしながら、携帯無線機は２周波の動作しかすることができない。即ち、ＰＩＮダイオードやＧａＡｓ−ＦＥＴはスイッチング素子であるので、アンテナのインピーダンス特性のリアクタンスを微調整することができない。あるいは、このリアクタンスを微調整するために、大規模で複雑化した回路が携帯無線機に必要になる。
【００１２】
特許文献４に記載された無線装置では、送信時に送信アンテナと受信アンテナとの間の電磁結合によって受信アンテナに送信波が漏洩してしまう。受信アンテナに送信波が漏洩することによって、可変リアクタンス回路が送信波を歪ませるという問題が生じる。この問題に対処するために、特許文献４では、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を広げることを提案している。
【００１３】
しかし、送信アンテナと受信アンテナとが電磁結合しないようにこれらのアンテナ間の距離を充分に広げることは、小型化が進む携帯無線機においては困難である。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、送信波を歪ませることなくアンテナのインピーダンス特性を微調整することができ、尚且つ、小型化できる無線通信機を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る実施の形態に従った無線通信機は、時分割多重方式によって信号を送信または受信する無線通信機であって、導体から成る筐体と、前記筐体に配置された送信アンテナと、前記筐体に配置された受信アンテナと、前記送信アンテナに接続された送信回路と、前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記送信回路の動作時に前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制する結合調節部とを備えている。
【００１６】
本発明に係る他の実施の形態に従った無線通信機は、信号を送信または受信する無線通信機であって、表面を有し導体から成る筐体と、前記筐体の表面にある第１の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第１の線状素子、および、一端が前記第１の線状素子に接続され、前記筐体の表面に対して平行に延びている第２の線状素子からなる受信アンテナと、前記第２の線状素子の他端と前記筐体の表面との間に接続された可変リアクタンス回路と、前記筐体の表面のうち、前記第２の線状素子の他端側の表面にある第２の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第３の線状素子、および、一端が前記第３の線状素子に接続され、他端が前記受信アンテナから離隔する方向にあり、前記筐体の表面に対して平行に設けられた第４の線状素子からなる送信アンテナと、前記第１の給電点において前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記第２の給電点において前記送信アンテナに接続された送信回路とを備えている。
【００１７】
本発明に係るさらに他の実施の形態に従った無線通信機は、信号を送信または受信する無線通信機であって、導体から成る筐体と、前記筐体の一端の隅に接続された送信アンテナと、前記筐体の一端の隅から前記筐体の他端へ向かって前記信号の約４分の１波長だけ離れた位置に、前記信号の約４分の１波長だけ前記筐体の内部に窪んだ電流阻止部と、前記電流阻止部よりも前記筐体の他端側に配置された受信アンテナと、前記送信アンテナに接続された送信回路と、前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続された可変リアクタンス回路とを備えている。
【００１８】
本発明に係るさらに他の実施の形態に従った無線通信機は、表面を有し、導体から成る筐体と、前記筐体に配置された送受共用アンテナと、前記送受共用アンテナに接続された送信回路および受信回路と、前記送受共用アンテナ付近に配置され、前記筐体の表面に対して平行な線状もしくは板状の導体素子と、前記筐体と前記導体素子との間に接続された複数の高周波スイッチとを備えている。
【００１９】
本発明に係る実施の形態に従った無線通信方法は、信号を送信する送信アンテナ、信号を受信する受信アンテナ、および、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を調節する結合調節部を備えた無線通信機を用いて、
信号の受信時に前記結合調節部は前記受信アンテナのインピーダンスを調節するステップと、信号の送信時に前記結合調節部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制するステップとを備えている。
【００２０】
本発明に係る他の実施の形態に従った無線通信方法は、導体から成る筐体と、前記筐体に配置され信号を送受信する送受共用アンテナ、前記送受共用アンテナと電磁結合することができる導体素子、および、前記導体素子と前記筐体とを接続または切断する複数のスイッチング素子を備えた無線通信機を用いて、
前記複数のスイッチング素子を切り替えることによって、前記送受共用アンテナと前記導体素子との電磁結合を３段階以上の異なる度合に調節するステップを備えている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を説明する。尚、本実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態に従った携帯無線機１００の模式図である。携帯無線機１００は、筐体１０１、受信アンテナ１０２、送信アンテナ１０３、受信回路１０４、送信回路１０５、可変リアクタンス回路１０６および制御回路１０７を備えている。本実施の形態において、携帯無線機１００は、時分割多重（ＴＤＭ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ））によって信号の送受信を行う。
【００２３】
受信アンテナ１０２、送信アンテナ１０３および可変リアクタンス回路１０６は筐体１０１の外側の表面に配置されている。この配置とは、アンテナの少なくとも一部が筐体１０１の表面に固定（または半固定）されていれば良い。受信回路１０４、送信回路１０５および制御回路１０７は、筐体１０１に内蔵されている。
【００２４】
筐体１０１は送受信された信号が伝播する導体から成る。例えば、筐体１０１は金属などの導電体から成る筐体である。軽量化のために、筐体１０１はプラスチックの表面に鍍金して形成された筐体であってもよい。さらに、筐体１０１に代えて金属などの導電体から成る板状の地板を採用してもよい。地板を採用する場合には、受信回路１０４、送信回路１０５、制御回路１０７は地板の表面に配置される。
【００２５】
本実施の形態において、アンテナは送受信兼用のアンテナではなく、信号を受信するために用いられる受信アンテナ１０２および信号を送信するために用いられる送信アンテナ１０３は互いに分離されている。受信アンテナ１０２は、λ／４の長さを有するモノポールアンテナである。ここで、λは送信波または受信波の波長である。受信アンテナ１０２は可変リアクタンス回路１０６に接続されており、可変リアクタンス回路１０６は給電点１３０において筐体１０１に接続されている。送信アンテナ１０３は筐体１０１に接続されている。
【００２６】
筐体１０１は、受信アンテナ１０２と接続することによって、受信波および送信波と共振するように設計される。
【００２７】
受信回路１０４は、受信アンテナ１０２に接続され、受信アンテナ１０２を介して信号を受信する。送信回路１０５は、送信アンテナ１０３に接続され、送信アンテナ１０３を介して信号を送信する。
【００２８】
制御回路１０７は、受信回路１０４、送信回路１０５および可変リアクタンス回路１０６に接続され、受信された信号または送信する信号に基づいて可変リアクタンス回路１０６を制御する。
【００２９】
図２は、リアクタンス回路１０６の具体例を示す回路図である。リアクタンス回路１０６は、ダイオード２０１、インダクタンス２０３およびコンデンサ２０２を有する。端子Ｅａは受信アンテナ１０２に接続されている。端子Ｅｂは受信回路１０４に接続されている。端子Ｅｃはグランドに接続されている。端子Ｅｄは制御回路１０７に接続されている。
【００３０】
ダイオード２０１はバイアス電圧によって容量値を発生する素子である。ダイオード２０１の容量値は、ダイオード２０１に印加されるバイアス電圧を変化させることによって調節することができる。
【００３１】
インダクタンス２０３は、制御回路１０７からの直流バイアス電圧をダイオード２０１へ通過させ、尚且つ、受信アンテナ１０２からの高周波信号が制御信号１０７へ漏洩することを防止する。
【００３２】
コンデンサ２０２は、受信アンテナ１０２からの高周波信号をダイオード２０１へ通過させ、尚且つ、制御回路１０７からの直流バイアス電圧が受信アンテナ１０２へ漏洩することを防止する。
【００３３】
受信アンテナ１０２が動作する周波数を１ＧＨｚとした場合、キャパシタンス２０２は約１０ｐＦであり、インダクタンス２０３は約５ｎＨである。ダイオード２０１の容量値は、受信アンテナ１０２の長さに応じて選択される。
【００３４】
次に、制御回路１０７が可変リアクタンス回路１０６を制御する方法について説明する。まず、制御回路１０７はダイオード２０１の容量値が高くなるように、ダイオード２０１にバイアス電圧を印加する。アンテナ１０２は、ダイオード２０１の容量値が高く、かつ、人体などの散乱体が受信アンテナ１０２の近傍にないときに、可変リアクタンス回路１０６とインピーダンス整合が得られるように予め設計される。
【００３５】
人体などの散乱体が受信アンテナ１０２に接近したときには、受信アンテナ１０２のリアクタンス値の容量成分が増加するので、制御回路１０７は、ダイオード２０１の容量値を段階的に減少させる。ダイオード２０１の容量値が減少している間に、制御回路１０７は、受信回路１０４における受信電界強度を定期的に測定する。各受信電界強度は、それぞれが測定されたときの容量値と関連付けられて、制御回路１０７内に設けられた記憶部に格納される。制御回路１０７は、ダイオード２０１の容量値を、最大の受信電界強度と関連付けられた容量値に固定する。このように、可変リアクタンス回路１０６は、制御回路１０７からの制御を受けて受信アンテナ１０２のインピーダンスを調節し、それによって、受信回路１０４の受信電界強度を最大にすることができる。尚、制御回路１０７が測定する受信電界強度は、例えば、信号のパケットの先頭部分にあるプリアンブルが受信回路１０４に受信されたときの受信電界強度を用いればよい。
【００３６】
次に、受信アンテナ１０２と送信アンテナ結合１０３との電磁結合を制御する手法について説明する。受信時においては、制御回路１０７は、受信アンテナ１０２と筐体１０１とが電気的に短絡するように可変リアクタンス回路１０６を制御する。これにより、波長λの受信波が受信アンテナ１０２および筐体１０１において共振する。その結果、受信時に、可変リアクタンス回路１０６は、受信回路１０４の受信電界強度を最大にすることができる。
【００３７】
一方で、送信時においては、制御回路１０７は、受信アンテナ１０２と筐体１０１とが電気的に切断されるように可変リアクタンス回路１０６を制御する。即ち、送信時には、制御回路１０７は可変リアクタンス回路１０６を開放状態にする。これにより、受信アンテナ１０２の両端が開放端となる。よって、受信アンテナ１０２は４分の１波長素子となる。従って、受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０３との間の電磁結合が最小になる。この理由は次のとおりである。受信アンテナ１０２と筐体１０１とが電気的に切断されると、受信アンテナ１０２の両端が開放端となるので、受信アンテナ１０２は４分の１波長の素子となる。このとき、受信アンテナ１０２のリアクタンス値は、共振長であるλ／２の長さを有する素子のリアクタンス値から最も離れた値となるからである。
【００３８】
このように、本実施の形態は、受信時において受信回路１０４における受信電界強度を最大とし、送信時において受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０３との間の電磁結合を抑制する。従って、本実施の形態によれば、送信時における送信波形の歪を低減し、その結果、通信性能を向上させることができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０３とを分離し、かつ、可変リアクタンス回路１０６を送信アンテナ１０３に設けることなく受信アンテナ１０２に設けている。これにより、本実施の形態は以下の効果を有する。
【００４０】
送信時に送信信号が可変リアクタンス回路１０６を通過しないので、送信および受信のアンテナを共用化した無線通信機に比べて、本実施の形態は送信波の歪を低減させることができる。
【００４１】
多くの無線通信システムにおいて送信周波数帯と受信周波数帯とは互いに離れている。これらの周波数帯の信号を１つのアンテナで送信または受信する場合には、アンテナは、これらの周波数帯の最も低い周波数から最も高い周波数まで送受信可能でなければならない。これに伴い、複雑な整合回路が必要となり、この整合回路によってアンテナの利得が損なわれていた。
【００４２】
しかし、本実施の形態によれは、受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０３とが分離されているので、各々のアンテナが、送信周波数帯の信号と受信周波数帯の信号を送信または受信すれば足りる。よって、各々のアンテナがカバーすべき周波数帯を狭くすることができる。これによって、整合回路が簡易化され、それに伴い、アンテナの損失が低減される。
【００４３】
（実施例２）
図３（Ａ）は、本発明に係る第２の実施の形態に従った携帯無線機２００の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ１０２と可変リアクタンス回路１０６との間に高周波スイッチ１０８が接続されている点で第１の実施の形態と異なる。制御回路１０７は、可変リアクタンス回路１０６だけでなく、高周波スイッチ１０８をも制御する。これによって、高周波スイッチ１０８は、可変リアクタンス回路１０６を受信アンテナ１０２から電気的に切断することができる。携帯無線機２００は、携帯無線機１００と同様に時分割多重によって信号の送受信を行う。
【００４４】
受信時においては、高周波スイッチ１０８は可変リアクタンス回路１０６と受信アンテナ１０２とを電気的に短絡する。それによって、本実施の形態は、第１の実施の形態の受信時における動作と同様の動作を実行する。
【００４５】
送信時においては、高周波スイッチ１０８は可変リアクタンス回路１０６を受信アンテナ１０２から電気的に切断する。高周波スイッチ１０８が受信アンテナ１０２を筐体１０１から開放するので、可変リアクタンス回路１０６は開放状態になる必要がない。
【００４６】
送信時において可変リアクタンス回路１０６は開放状態にならないので、送信波が可変リアクタンス回路１０６に漏洩する可能性がある。しかし、本実施の形態によれば、高周波スイッチ１０８は、受信アンテナ１０２と可変リアクタンス回路１０６との間を開放するので、送信波が可変リアクタンス回路１０６に漏洩しない。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。
【００４７】
図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、第２の実施の形態の変形例を示す模式図である。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）には、受信アンテナ１０２の近傍のみが示され、他の構成要素は省略されている。
【００４８】
図３（Ａ）に示した第２の実施の形態において、可変リアクタンス回路１０６は受信アンテナ１０２と給電点１３０との間に直列に接続され、高周波スイッチ１０８は、可変リアクタンス回路１０６と受信アンテナ１０２との間に直列に接続されている。この場合、給電点１３０において、受信回路１０４、可変リアクタンス回路１０６および筐体１０１が接続されている。
【００４９】
図３（Ｂ）に示す変形例においては、可変リアクタンス回路１０６は、受信アンテナ１０２の途中から給電点１３０と異なる接続点１３５までの間に接続され、接続点１３５において筐体１０１に接続されている。高周波スイッチ１０８は、受信アンテナ１０２と可変リアクタンス回路１０６との間に接続されている。尚、給電点１３０は、筐体１３０に接続されていない。本変形例は、第２の実施の形態と同様の効果を有する。
【００５０】
図３（Ｃ）に示す変形例は、受信アンテナ１０２の先端部に可変リアクタンス回路１０６を接続した形態である。可変リアクタンス回路１０６は受信アンテナ１０２と接続点１３５との間に接続され、高周波スイッチ１０８はアンテナ１０２と可変リアクタンス回路１０６の間に接続されている。尚、給電点１３０は、筐体１３０に接続されていない。本変形例は、第２の実施の形態と同様の効果を有する。
【００５１】
このように高周波スイッチ１０８によってアンテナから分離された可変リアクタンス回路１０６は、その容量値が小さくなるので、送信電力の漏洩は小さくなる。従って、可変リアクタンス回路１０６による送信電力の歪はほぼ無視できる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明に係る第３の実施の形態に従った携帯無線機３００の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３が線状素子により形成されている点で第１の実施の形態と異なる。尚、第３から第６の実施の形態は、時分割多重以外の通信方式によって信号を送受信する携帯無線機であってもよい。
【００５３】
携帯無線機３００は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３を備えている。受信アンテナ１１２は線状素子１３１および１３２から成り、送信アンテナ１１３は線状素子１３４および１３５から成る。
【００５４】
線状素子１３１は、給電点１３０において筐体１０１に接続され、筐体１０１の表面１３７に対して垂直となるように配置される。線状素子１３２は、線状素子１３１の先端に接続され、側面１３７に対して平行となるように配置される。線状素子１３１の長さと線状素子１３２の長さの合計は、携帯無線機３００が用いる受信周波数帯の中心周波数の約４分の１波長である。
【００５５】
線状素子１３４は、給電点１３３において筐体１０１に接続され、側面１３７に対して垂直となるように配置される。線状素子１３５の一端は、線状素子１３４の先端に接続され、その他端は、受信アンテナ１１２から離れる方向にある。さらに、線状素子１３５は側面１３７に対して平行となるように配置される。線状素子１３４の長さと線状素子１３５の長さの合計は、携帯無線機３００が用いる送信周波数帯の中心周波数の約４分の１波長である。線状素子１３１、１３２、１３４および１３５は、金属などの導体から成る。
【００５６】
可変リアクタンス素子１０６は受信アンテナ１１２の先端部、即ち、受信アンテナ１１２の開放端と接続点１３６との間に接続されている。可変リアクタンス素子１０６は接続点１３６において筐体１０１に接続されている。
【００５７】
このように、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３は、共に筐体１０１の同一の側面１３７上に設けられ、同一の方向を向くように配置されている。線状素子１３２および線状素子１３５はほぼ同一線上に配置されてよい。
【００５８】
図５（Ａ）から図５（Ｄ）を参照して、本実施の形態の効果を説明する。これらの図は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３の様々な配置を示した図である。図５（Ａ）から図５（Ｄ）に示す受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３は、いわゆる、逆Ｌアンテナである。逆Ｌアンテナにおいては、線状素子１３４から送信電力が放射されるとともに、線状素子１３５に沿って送信電力が筐体１０１に漏洩する。
【００５９】
線状素子１３４から線状素子１３１へ送信電力が放射されることによって、線状素子１３４と線状素子１３１とが電磁結合する（以下、放射による結合という）。放射による結合は、線状素子１３４と線状素子１３１との距離を大きくすることによって抑制され得る。
【００６０】
一方、送信電力は線状素子１３５から線状素子１３１および筐体１０１を伝播する。これによって、受信アンテナ１１２と送信アンテナ１１３とが電磁結合する（以下、漏洩による結合という）。漏洩による結合は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３のそれぞれの開放端を対向させないことによって抑制され得る。
【００６１】
図５（Ａ）において、線状素子１３１および線状素子１３４は比較的近接している。線状素子１３２および線状素子１３５は、それぞれ線状素子１３１および線状素子１３４に接続されている接続点から互いに反対方向へ延びている。このように受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３を配置すると、漏洩による結合は小さいが、放射による結合は大きい。
【００６２】
図５（Ｂ）において、線状素子１３１および線状素子１３４は比較的遠方に離隔している。線状素子１３２および線状素子１３５は、それぞれ線状素子１３１および線状素子１３４に接続されている接続点から互いに向き合う方向へ延びている。このように受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３を配置すると、放射による結合は小さいが、漏洩による結合は大きい。
【００６３】
図５（Ｃ）において、線状素子１３１および線状素子１３４は比較的遠方に離隔している。線状素子１３２および線状素子１３５は、それぞれ線状素子１３１および線状素子１３４に接続されている接続点から互いに反対方向へ延びている。このように受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３を配置すると、放射による結合および漏洩による結合はともに小さい。
【００６４】
一般に、時分割多重方式を採用していない無線通信機においては、可変リアクタンス回路によって受信アンテナと送信アンテナとの電磁結合を抑制することが困難である。よって、送信アンテナ１１３と受信アンテナ１１２との電磁結合を抑制するためには、図５（Ｃ）に示すように、送信アンテナ１１３と受信アンテナ１１２との距離を離して配置しなければならない。
【００６５】
しかし、送信アンテナ１１３と受信アンテナ１１２との距離を離して配置すると、これらのアンテナの特性が大きく相違してしまう。特に、携帯無線機の場合には、筐体１０１もアンテナの一部として作用するので、送信アンテナ１１３および受信アンテナ１１２を取り付ける位置を遠隔にすると、送信アンテナ１１３の放射パターンおよび受信アンテナ１１２の放射パターンに差異が生じる。これにより、無線通信機の通信性能を劣化させる。例えば、基地局がある方向に対して、送信アンテナ１１３の放射パターンが受信アンテナ１１２の放射パターンよりも大きい場合に、送信信号が基地局に届いているにも関わらず、基地局からの受信信号を無線通信機が受信できないことがある。このような場合、無線通信機による通信ができなくなる。即ち、送信アンテナ１１３および受信アンテナ１１２の放射パターンが異なる場合には、両方の放射パターンが同一の場合と比べて通信不能な範囲が多くなる。
【００６６】
逆に、例えば、基地局がある方向に対して、受信アンテナ１１２の放射パターンが送信アンテナ１１３の放射パターンよりも大きい場合には、基地局へ信号を送信できないことがある。このような場合にも、両方の放射パターンが同一の場合と比べて通信不能な範囲が多くなる。また、図５（Ｃ）に示す配置は、無線送信機を小型化することを妨げる。
【００６７】
図５（Ｄ）において、線状素子１３１および線状素子１３４は比較的遠方に離隔している。線状素子１３２および線状素子１３５は、それぞれ線状素子１３１および線状素子１３４に接続されている接続点から互いに同じ方向へ延びている。このように受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３を配置すると、漏洩による結合は、図５（Ａ）に示す配置よりも大きく、図５（Ｂ）に示す配置よりも小さくなる。また、放射による結合は、図５（Ａ）に示す配置よりも小さく、図５（Ｂ）に示す配置よりも大きくなる。即ち、図５（Ｄ）に示す配置によって、送信アンテナ１１３と受信アンテナ１１２との漏洩による結合およびこれらの放射による結合はいずれも中程度となる。また、この配置の場合、送信アンテナ１１３の放射パターンと受信アンテナ１１２の放射パターンとの相違は、図５（Ｃ）に示す配置の場合と比べ小さい。さらに、この配置においては、線状素子１３２および線状素子１３５が互いに同じ方向へ延びているので、無線送信機の小型化を妨げない。
【００６８】
図４に示す無線通信機３００は、送信時に可変リアクタンス回路１０６が開放状態になることによって、図５（Ｄ）に示すアンテナ配置を有する。従って、本実施の形態によれば、送信アンテナ１１３の放射パターンと受信アンテナ１１２の放射パターンとの相違が小さく、尚且つ、漏洩による結合および放射による結合はいずれも中程度であり、大きくない。また、上述の通り、無線送信機３００は従来よりも小型化され得る。
【００６９】
さらに、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。即ち、本実施の形態は時分割多重による送受信にも適用可能である。
【００７０】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明に係る第４の実施の形態に従った携帯無線機４００の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３のそれぞれの配置が第３の実施の形態と異なる。本実施の形態において、受信アンテナ１１２は、側面１３７の長手方向の一端側にある上面１３８のコーナ部１５１の近傍に配置されている。送信アンテナ１１３は、上面１３８においてコーナ部１５１と反対側にあるコーナ部１５２の近傍に配置されている。受信アンテナ１１２は上面１３８に配置され、送信アンテナ１１３は側面１３７に配置されている。よって、線状素子１３２と線状素子１３５とは互いに直交する方向に向いている。
【００７１】
本実施の形態は、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３をこのように配置することによって、これらのアンテナ間の電磁結合を抑制し、さらに、これらのアンテナの帯域幅を広げることができる。
【００７２】
図７（Ａ）から図７（Ｄ）は、アンテナの配置に対する電流分布の相違を示す図である。これらの図を参照して、第４の実施の形態の効果を説明する。上述のように、携帯無線機においては、筐体１０１もアンテナの一部として作用する。よって、携帯無線機４００が信号を送受信するときには、筐体１０１に電流分布が生じる。
【００７３】
図７（Ａ）から図７（Ｄ）に示すアンテナは、受信アンテナ１１２または送信アンテナ１１３のいずれかである。図７（Ａ）に示すように、アンテナが側面１３７の中間に配置された場合には、電流はアンテナの位置から放射状に流れる。アンテナの配置位置における電流分布が最大となるが、電流が放射状に流れることによって、アンテナの配置位置からの送信波または受信波の放射が打ち消されてしまう。電流が近接してしかも逆方向に流れている場合、お互いに放射界を打ち消すように放射が生じるからである。
【００７４】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、アンテナが側面１３７の長手方向の一端に配置されることによって、電流は側面１３７の該一端から他端へ一方向に流れる。このときアンテナが動作可能な周波数帯域は、筐体１０１からの放射の援助によって最大になる。
【００７５】
より好ましくは、図７（Ｃ）に示すように、筐体１０１の長手方向の長さＬ１をλ／４以上にし、幅方向の長さＬ２をλ／４以下にする。これにより、アンテナから筐体１０１に漏洩する電流の分布は、長手方向に平行な辺に集中し、尚且つ、アンテナから筐体１０１の長手方向に流れる。これは、電流は、筐体１０１の端部に集中する特徴を有し、さらに、長さがλ／４以下の導体よりも、それ以上に長い導体の方が高周波的にインピーダンスが低くみえるからである。このように配置することによって、図７（Ｂ）よりも受信アンテナ１１２と送信アンテナ１１３との間の電磁結合を抑制することができる。
【００７６】
長さＬ２をλ／４以下にする理由は次の通りである。Ｌ２がλ／４を超えて大きくなると、図７（Ｄ）に示すように幅方向に電流が流れ始める。これによって、受信アンテナ１１２と送信アンテナ１１３とが強く電磁結合してしまうからである。
【００７７】
図６に示す携帯無線機４００において、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３が筐体１０１の一端に配置されている。よって、受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３が動作する周波数帯域は、これらのアンテナが側面１３７または上面１３８の中間に配置されているときの周波数帯域に比べて広い。
【００７８】
線状素子１３２と線状素子１３５とは第３の実施の形態と同様の構成で配置されているので、同じ効果が生じ送信電力が送信アンテナ１１３から受信アンテナ１１２に漏洩しない。即ち、漏洩による結合が小さくなる。
【００７９】
受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３は互いに異なる面１３８および１３７に配置されており、尚且つ、上面１３８に対して互いに反対側にあるコーナ部１５１および１５２の近傍に配置されている。これによって、線状素子１３１と線状素子１３４との距離が大きくなるので、放射による結合が小さくなる。さらに、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。即ち、本実施の形態は時分割多重による送受信にも適用することもできる。
【００８０】
（第５の実施の形態）
図８は、本発明に係る第５の実施の形態に従った携帯無線機５００の模式図である。本実施の形態は、筐体１０１に、その内部方向に窪んだ電流阻止部１１０が設けられている点で第１の実施の形態と異なる。
【００８１】
送信アンテナ１０３は、側面１３７の一端にあるコーナ１５２の近傍に配置されている。送信アンテナ１０３の長さは約λ／４である。電流阻止部１１０は、送信アンテナ１０３の位置から側面１３７の他端にあるコーナ１５３へ向かって約λ／４だけ離れた位置に設けられている。さらに、電流阻止部１１０は、約λ／４だけ筐体１０１の内部に窪んだ形状を有する。受信アンテナ１０２は、電流阻止部１１０の近傍であってかつ電流阻止部１１０よりもコーナ１５３側に配置されている。
【００８２】
送信アンテナ１０３および送信アンテナ１０３から電流阻止部１１０までの筐体１０１の部分は約λ／２の長さとなるので、波長λの送信波が共振する。電流阻止部１１０は、送信アンテナ１０３から筐体１０１を介して受信アンテナ１０２に電流が流れることを抑制する。即ち、電流阻止部１１０は、送信波による電流が筐体１０１を介して受信アンテナ１０２に漏洩することを阻止する。
【００８３】
送信アンテナ１０３から筐体１０１に流れ込む電流は、電流阻止部１１０の近傍において最小となる。即ち、受信アンテナ１０２が電流阻止部１１０の近傍に配置されていることによって、受信アンテナ１０２には送信波による電流が最も漏洩し難くなる。これにより、本実施の形態は、受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０３との電磁結合をさらに小さくすることができる。
【００８４】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明に係る第６の実施の形態に従った携帯無線機６００の模式図である。本実施の形態は、筐体１０１、線状素子１４０、高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃ、送受共用アンテナ１４２、送受信回路１４４および制御回路１４６を備えている。
【００８５】
線状素子１４０は、側面１３７と平行に設けられており、３つの高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃを介して筐体１０１に接続されている。線状素子１４０は金属などの導体から成る。
【００８６】
線状素子１４０が筐体１４３に短絡されている場合には筐体１４３に接続されている線状素子１４０から給電点１４３までの距離をλ／４の奇数倍とする。または、線状素子１４０が筐体１４３に短絡されている短絡点から線状素子１４０の開放端までの長さをλ／４の奇数倍とする。線状素子１４０が筐体１０１と短絡していない場合には、線状素子１４０の長さをλ／２の整数倍とする。これによって、線状素子１４０または筐体１４３における電流分布が最大になる。
【００８７】
高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃは、線状素子１４０と筐体１０１との間を高周波数で接続または切断することができる。高周波スイッチ１４１ａおよび１４１ｃは線状素子１４０の両端にそれぞれ設けられ、高周波スイッチ１４１ｂは線状素子１４０のいずれかの位置に設けられている。高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃは、例えば、アンテナスイッチ用のＰＩＮダイオードである。一般に、アンテナスイッチ用のＰＩＮダイオードは、大電力に耐えることができ、かつ、送信信号に対する歪が小さい。従って、これは、送信波による電流によって破壊されず、送信信号を劣化させない。
【００８８】
尚、高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃは、第１から第５の実施の形態における可変容量素子として用いられるダイオード２０１（図２参照）とは異なる。ダイオード２０１はバイアス電圧の変化によって様々な容量値を有するが、高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃはそれぞれオンとオフとの２つの状態を有する。
【００８９】
高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃを切り替えることによって、筐体１０１に接続された線状素子１４０の長さを変更することができる。また、高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃを切り替えることによって、線状素子１４０と筐体１０１との接続点を変更することができる。それによって、線状素子１４０とアンテナ１４２の給電点１４３との距離を変更することができる。
【００９０】
送受共用アンテナ１４２は、コーナ部１５２の近傍に配置され、送信および受信に共用される。送受信回路１４４は、送信回路１０５および受信回路１０４を含み、送受共用アンテナ１４２に接続されている。制御回路１４６は、受信回路１０４および各高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃに接続され、これらを制御する。送受信回路１４４および制御回路１４５は筐体１０１に内蔵されている。アンテナ１４２および線状導体素子１４０は筐体１０１の側面１３７に配置されている。
【００９１】
従来技術においては、スイッチは線状素子の末端の一箇所にしか配置されていなかった。よって、線状素子の長さや線状素子と給電点との距離は２つの状態にしか変更され得なかった。
【００９２】
これに対し、本実施の形態によれば、１つの線状素子１４０に複数の高周波スイッチ１４１が設けられている。従って、複数の高周波スイッチ１４１ａから１４１ｃのそれぞれを切り替えることによって、線状素子１４０の長さ、並びに、線状素子１４０と給電点１４３との距離をそれぞれ３つ以上の状態に変更することができる。
【００９３】
線状素子１４０の長さを変更することによって、若しくは、線状素子１４０と給電点１４３との距離を変更することによって、線状素子１４０における電流分布およびアンテナ１４２の給電点における電流分布が変化する。これによって、アンテナ１４２のインピーダンスやアンテナ１４２と線状素子１４０との電磁界結合の状態が変化し、アンテナ１４２の受信電界強度などの特性が変化する。
【００９４】
本実施の形態によれば、１つの線状素子１４０に複数の高周波スイッチ１４１を設けているので、アンテナ１４２の特性を３つ以上の状態に変更させることができる。
【００９５】
例えば、制御回路１４５は、受信回路１０４における受信電界強度を測定しつつ、スイッチ１４１を切り替える。スイッチ１４１の状態と受信電界強度とを関連付けて、筐体１０１内に設けられた記憶部（図示せず）に格納する。制御回路１４６は、受信電界強度が最大となったときのスイッチ１４１の状態を選択して、スイッチ１４１をその状態に制御する。このようにして、本実施の形態では、受信回路１０４が最大の受信電界強度を得ることができる。
【００９６】
また、スイッチ１４１ａと１４１ｂ，１４１ｂと１４１ｃ間の距離不等間隔とすることで素子の長さを異ならせることができ、複数の周波数に対応が可能となる。また、一方で等間隔とすれば、同じ長さで向きを変えることができ、これによりアンテナ１４２との結合量を変えることができる。従って同じ周波数で結合状態を変えて、複数のアンテナ特性を持たせるのに適している。このようにスイッチ１４１ａ〜１４１ｃの間隔は、所望とするアンテナ特性に合わせて設定する。
【００９７】
一方で、送信時には、受信時のスイッチ１４１の状態に基づいてスイッチ１４１の最適な状態を決定することができる。
【００９８】
本実施の形態において、線状の導体素子が用いられたが、これらに代えて、板状の導体素子をもちいても本実施の形態の効果は失われない。
【００９９】
【発明の効果】
本発明による無線通信機は、送信波を歪ませることなくアンテナのインピーダンス特性を微調整することができ、尚且つ、小型化され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の模式図。
【図２】リアクタンス回路の具体例を示す回路図。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態およびその変形例の模式図。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態の模式図。
【図５】受信アンテナ１１２および送信アンテナ１１３の様々な配置を示した図。
【図６】本発明に係る第４の実施の形態の模式図。
【図７】アンテナの配置に対する電流分布の相違を示す図。
【図８】本発明に係る第５の実施の形態の模式図。
【図９】本発明に係る第６の実施の形態の模式図。
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００、５００、６００携帯無線機
１０１筐体
１０２、１１２受信アンテナ
１０３、１１３送信アンテナ
１０４受信回路
１０５送信回路
１０６可変リアクタンス回路
１０７制御回路
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ高周波スイッチ
１４２送受共用アンテナ
１４４送受信回路

Claims

時分割多重方式によって信号を送信または受信する無線通信機において、
導体から成る筐体と、
前記筐体に配置された送信アンテナと、
前記筐体に配置された受信アンテナと、
前記送信アンテナに接続された送信回路と、
前記受信アンテナに接続された受信回路と、
前記送信回路の動作時に前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制する結合調節部とを備えた無線通信機。
前記受信アンテナの長さは、（λ／４）＊（２ｎ−１）に等しく、（λは送信波または受信波の波長、ｎは自然数）
前記結合調節部は、前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続され、前記送信回路の動作時に開放状態となる可変リアクタンス回路であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信機。
前記結合調節部は、前記受信回路の動作時に前記受信アンテナのインピーダンスを調節することを特徴とする請求項２に記載の無線通信機。
前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続された可変リアクタンス回路をさらに備え、
前記結合調節部は、前記送信回路の動作時に前記受信アンテナと前記可変リアクタンス回路との間を開放し、前記受信回路の動作時に前記受信アンテナと前記可変リアクタンス回路との間を短絡する高周波スイッチであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信機。
信号を送信または受信する無線通信機において、
表面を有し、導体から成る筐体と、
前記筐体の表面にある第１の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第１の線状素子、および、一端が前記第１の線状素子に接続され、前記筐体の表面に対して平行に延びている第２の線状素子からなる受信アンテナと、
前記第２の線状素子の他端と前記筐体の表面との間に接続された可変リアクタンス回路と、
前記筐体の表面のうち、前記第２の線状素子の他端側の表面にある第２の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第３の線状素子、および、一端が前記第３の線状素子に接続され、他端が前記受信アンテナから離隔する方向にあり、前記筐体の表面に対して平行に設けられた第４の線状素子からなる送信アンテナと、
前記第１の給電点において前記受信アンテナに接続された受信回路と、
前記第２の給電点において前記送信アンテナに接続された送信回路とを備えた無線通信機。
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナは、前記筐体の同一表面上に設けられ、
前記第２の線状素子と前記第４の線状素子とはほぼ同一直線上にあることを特徴とする請求項５に記載の無線通信機。
前記筐体は少なくとも２つの異なる表面を有し、
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナは、それぞれ前記２つの異なる表面の一方および他方に設けられ、
前記第２の線状素子および前記第４の線状素子は互いにほぼ直交する方向に向いていることを特徴とする請求項５に記載の無線通信機。
信号を送信または受信する無線通信機において、
導体から成る筐体と、
前記筐体の一端の隅に接続された送信アンテナと、
前記筐体の一端の隅から前記筐体の他端へ向かって前記信号の約４分の１波長だけ離れた位置に、前記信号の約４分の１波長だけ前記筐体の内部に窪んだ電流阻止部と、
前記電流阻止部よりも前記筐体の他端側に配置された受信アンテナと、
前記送信アンテナに接続された送信回路と、
前記受信アンテナに接続された受信回路と、
前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続された可変リアクタンス回路とを備えた無線通信機。
表面を有し、導体から成る筐体と、
前記筐体に配置された送受共用アンテナと、
前記送受共用アンテナに接続された送信回路および受信回路と、
前記送受共用アンテナ付近に配置され、前記筐体の表面に対して平行な線状もしくは板状の導体素子と、
前記筐体と前記導体素子との間に接続された複数の高周波スイッチとを備えた無線通信機。
信号を送信する送信アンテナ、信号を受信する受信アンテナ、および、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を調節する結合調節部を備えた無線通信機による無線通信方法において、
信号の受信時に前記結合調節部は前記受信アンテナのインピーダンスを調節するステップと、
信号の送信時に前記結合調節部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制するステップとを備えた無線通信方法。
導体から成る筐体と、前記筐体に配置され信号を送受信する送受共用アンテナ、前記送受共用アンテナと電磁結合することができる導体素子、および、前記導体素子と前記筐体とを接続または切断する複数のスイッチング素子を備えた無線通信機による無線通信方法において、
前記複数のスイッチング素子を切り替えることによって、前記送受共用アンテナと前記導体素子との電磁結合を３段階以上の異なる度合に調節するステップを備えた無線通信方法。