JP2005045362A - 無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通信品質の向上を図ることが可能な無線通信装置を提供する。
【解決手段】分配器１０８は、送信機１０２からのＲＦ電力を分配してサーキュレータ１０４−１及び１０４−２へ供給する。サーキュレータ１０４−１は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給するとともに、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。一方、サーキュレータ１０４−２は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給するとともに、アンテナ＃２（１０６−２）からの反射電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。
【選択図】 図２４
【解決手段】分配器１０８は、送信機１０２からのＲＦ電力を分配してサーキュレータ１０４−１及び１０４−２へ供給する。サーキュレータ１０４−１は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給するとともに、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。一方、サーキュレータ１０４−２は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給するとともに、アンテナ＃２（１０６−２）からの反射電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。
【選択図】 図２４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを有する携帯電話機等の無線通信装置に関し、特にアンテナへ電力を供給する給電技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から携帯電話機では、利用者の持ち手や頭部の影響を回避するために、様々なアンテナ構成が検討されている（例えば特許文献１参照）。図１及び図２は、従来の携帯電話機の構成例を示す図である。これら図１及び図２は、携帯電話機に２つのアンテナが搭載される場合の例である。
【０００３】
このような携帯電話機では、送信機５０２からのＲＦ電力は、方向性結合器５１０及び切替器５０４を介してアンテナ５０６へ給電され、放射される。ここで、ＲＦ電力は、図１ではアンテナ５０６−１（＃１）及び５０６−２（＃２）の何れか一方へ給電され、図２ではアンテナ５０６−１（＃１）へ給電される。この際、反射量測定・判定部５１２は、ＲＦ電力が供給されているアンテナ５０６において、利用者の持ち手や頭部の影響により反射された電力を、方向性結合器５１０を介して測定する。そして、この反射電力が大きくなった場合には、切替器５０４は、ＲＦ電力の給電先を切り替える。これにより、ＲＦ電力は、それまでとは別のアンテナ５０６へ給電されることになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−４６３９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の携帯電話機では、アンテナからの反射電力は、通信には何ら貢献せず、熱等の損失になるだけであり、有効に活用されていない。このため、携帯電話機における実質的な送信電力が減少し、通信品質の劣化を招く場合がある。従って、反射電力の有効活用や、反射電力の削減等により、携帯電話機における実質的な送信電力の減少を防止し、通信品質を向上させることが要求されている。
【０００６】
そこで、本願は、通信品質の向上を図ることが可能な無線通信装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に記載されるように、複数のアンテナを有する無線通信装置において、電力を供給する送信手段と、前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナの少なくとも何れかに対して供給する電力供給制御手段と、前記電力供給制御手段により電力が供給されたアンテナからの反射電力を、該アンテナ以外の他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段とを備える。
【０００８】
また、本発明は請求項２に記載されるように、請求項１に記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段及び前記反射電力供給制御手段は、サーキュレータである。
【０００９】
また、本発明は請求項３に記載されるように、複数のアンテナを有する無線通信装置において、電力を供給する送信手段と、前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配して供給する電力供給制御手段とを備える。
【００１０】
また、本発明は請求項４に記載されるように、請求項３に記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段は、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配する電力の振幅を異ならせる。
【００１１】
また、本発明は請求項５に記載されるように、請求項３又は４に記載の無線通信装置において、前記アンテナからの反射電力を他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段を備える。
【００１２】
また、本発明は請求項６に記載されるように、請求項１乃至５の何れかに記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段は、前記送信手段からの電力の位相を変換する。
【００１３】
本発明によれば、アンテナに供給された電力が反射された場合に、その反射電力が他のアンテナへ供給されるため、反射電力の有効活用により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。あるいは、電力が複数のアンテナへ分配して供給されるため、反射電力の削減等により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（第１実施例）
第１実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、何れかのアンテナに電力が供給された際に、利用者の持ち手や頭部の影響によって反射する電力を、他のアンテナへ供給する。
【００１６】
図３は、第１実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、サーキュレータ１０４、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）とは、サーキュレータ１０４を介して接続されている。
【００１７】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。このＲＦ電力は、サーキュレータ１０４へ入力される。
【００１８】
図４は、サーキュレータ１０４の方向性を示す図である。同図に示すように、サーキュレータ１０４は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。また、サーキュレータ１０４は、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。このため、アンテナ＃１（１０６−１）は、優先的にＲＦ電力が供給される主アンテナとして機能し、アンテナ＃２（１０６−２）は、従アンテナとして機能する。
【００１９】
再び図３に戻って説明する。サーキュレータ１０４は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。アンテナ＃１（１０６−１）は、供給されるＲＦ電力を放射する。ここで、携帯電話機の利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、ＲＦ電力は、ほとんどアンテナ＃１（１０６−１）から放射される。しかしながら、携帯電話機の利用者の持ち手や頭部の影響により、ＲＦ電力の一部は、アンテナ＃１（１０６−１）において反射し、反射電力となってサーキュレータ１０４へ戻る。
【００２０】
上述したように、サーキュレータ１０４は、アンテナ＃１（１０６−１）からの電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。このため、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力は、サーキュレータ１０４を介してアンテナ＃２（１０６−２）へ供給されることになる。そして、アンテナ＃２（１０６−２）は、供給される反射電力を放射する。従って、２つのアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）が同時に利用者の持ち手や頭部の影響を受けない限り、アンテナ＃１（１０６−１）における反射電力は、アンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、反射電力を有効に活用し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
次に、第１実施例における発明者による実験結果を説明する。図５は、第１実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。同図に示すように、本実施例における実験では、筐体の上部の中央部にアンテナ＃１（１０６−１）が垂直に延在するように配置され、筐体の下部の中央部にアンテナ＃２（１０６−２）が水平に延在するように配置された直交偏波中心配置素子構造が採用されている。
【００２２】
図６は、第１実施例との比較のために提示するものであり、アンテナが単体の場合の反射損失特性を示すスミスチャートである。図６（１）（ａ）は、携帯電話機がアンテナ＃１（１０６−１）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合の反射損失特性であり、図６（１）（ｂ）は、携帯電話機がアンテナ＃２（１０６−２）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合の反射損失特性である。これら図６（１）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、良好な反射損失特性である。
【００２３】
一方、図６（２）（ａ）は、携帯電話機がアンテナ＃１（１０６−１）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性であり、図６（２）（ｂ）は、携帯電話機がアンテナ＃２（１０６−２）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性である。実験では人体を模擬したものとしてジェルファントムが用いられ、当該ジェルファントムでアンテナを覆った。これら図６（２）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合には反射損失特性は劣化し、−５〜−６ｄＢの値となった。
【００２４】
図７は、図５に示す携帯電話機モデルにおける反射損失特性を示すスミスチャートである。図７（１）は、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合（ジェルファントムがない場合）の反射損失特性である。この図７（１）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、−１０ｄＢ以下の良好な反射損失特性である。
【００２５】
一方、図７（２）は、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性である。図７（２）（ａ）は、アンテナ＃１（１０６−１）がジェルファントムで覆われた場合であり、図６（２）（ａ）と比較して良好な反射損失特性であり、−１０ｄＢ以下の値となっている。また、図７（２）（ｂ）は、アンテナ＃２（１０６−２）がジェルファントムで覆われた場合であり、良好な反射損失特性を示す。図７（２）（ｂ）の結果は、第１実施例では、ＲＦ電力は送信機１０２からアンテナ＃１（１０６−１）へ供給されて放射されるため、アンテナ＃１（１０６−１）が利用者の持ち手や頭部の影響を受けなければ、アンテナ＃２（１０６−２）が利用者の持ち手や頭部の影響を受けたとしても、反射損失特性はほとんど劣化しないことを示している。
【００２６】
なお、以上の第１実施例では、携帯電話機が２つのアンテナを搭載する場合について説明したが、更に多くのアンテナを搭載しても良い。図８は、第１実施例における携帯電話機の他の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、Ｎ個のサーキュレータ１０４−１〜１０４−Ｎ（以下、これらをまとめて適宜「サーキュレータ１０４」と称する）、及び、Ｎ個のアンテナ＃１（１０６−１）〜＃Ｎ（１０６−Ｎ）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）を有する。この図８に示す携帯電話機は、基本的には図１に示す携帯電話機と同様の動作を行う。即ち、サーキュレータ１０４−１は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。アンテナ＃１（１０６−１）は、供給されるＲＦ電力を放射するが、利用者の持ち手や頭部の影響により、ＲＦ電力の一部は反射電力となってサーキュレータ１０４−１へ戻る。このとき、サーキュレータ１０４−１は、アンテナ＃１（１０６−１）からの電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。他のサーキュレータ１０４も同様の動作であり、前段のアンテナ１０６からの反射電力を次段のアンテナ１０６へ供給する。
【００２７】
（第２実施例）
第２実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、各アンテナのそれぞれに対して電力が供給される（分散給電）。
【００２８】
図９は、第２実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、分配器１０８、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８を介して接続されている。
【００２９】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配してアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００３０】
このように、ＲＦ電力は、分配されて複数のアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、例えば、一方のアンテナ１０６が利用者の持ち手や頭部の影響を受けて反射電力が生じた場合においても、他方のアンテナ１０６によりＲＦ電力の放射は継続される。従って、携帯電話機全体としては反射電力を減少させることができ、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
次に、第２実施例における発明者による実験結果を説明する。第２実施例における実験では、評価方法として時間領域差分法（ＦＤＴＤ）が採用される。ＦＤＴＤは、３次元任意形状の導体、誘電体及び磁性体の電磁界特性を数値計算する解析方法である。用途としては、線状あるいは面状のアンテナの解析評価、電磁波源の存在する室内外における電界分布の解析、電気機器が放射する電磁波の解析評価、電磁波応用機器及び電波吸収体の解析評価等である。具体的には、解析対象を含む空間をメッシュ分割し、マクスウェル方程式を差分法により離散化し、時間的に逐次計算する。時間波形としてはパルス又は正弦波を扱うことができる。パルスの場合には、広帯域の特性を一度で得ることができ、正弦波の場合には、特定周波数における特性を高速に計算することができる。誘電率、導電率、透磁率は、マクスウェル方程式に陽に含まれるため、任意形状、任意物性値を厳密に解析することができる。本実験ではファントムを含む電磁界解析の評価に用いられる。
【００３２】
図１０は、第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデル（分散給電モデル）を示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施例における実験では、アンテナ＃１及びアンテナ＃２は、逆Ｆ構造を有し、筐体上部の両端に配置される。これらアンテナ＃１及びアンテナ＃２における短絡ピンは筐体の内側に配置され、給電ピン（給電点）は筐体の外側に配置される。逆Ｆ構造のアンテナは一般に使用されるものであり、金属のみで構成されているため製造及び調整が容易であること、シミュレーションにおける計算が容易であること、比較的整合がとりやすいこと、動作が既知であること等の利点を有する。なお、以下においては、給電点間距離をｄ２とする。
【００３３】
また、利用者の頭部を模擬するものとして、直方体損失性誘電体としてのファントムが用いられる。直方体損失性誘電体は、曲面がないため、距離特性の評価が容易であること、シミュレーションにおける計算が容易であること、動作原理の理解が容易であること等の利点を有する。なお、以下においては、筐体面とファントム面との距離をｄ１とする。
【００３４】
また、比較対象として、１つの逆Ｆ構造のアンテナを搭載した携帯電話機モデル（１点給電モデル）が採用される。この携帯電話機は、図１０においてアンテナ＃１及びアンテナ＃２の何れか一方（ここではアンテナ＃２）を取り除いた構造を有する。
【００３５】
また、全送信電力は１Ｗとし、アンテナ＃１及び＃２へ均等に供給されるようにした。従って、分散給電モデルでは、アンテナ＃１及びアンテナ＃２のぞれぞれに０．５ＷのＲＦ電力が供給され、１点給電モデルでは、１つのアンテナ＃１に１ＷのＲＦ電力がそのまま供給されることになる。なお、分散給電モデルでは、アンテナ＃１及びアンテナ＃２のぞれぞれに供給されるＲＦ電力の位相差は０°である。
【００３６】
第２実施例における実験では、まず、シミュレーションによりファントム内部電界における電界分布、内部電界及び効率を解析した。図１１は、ファントム内部電界の観測面を示す図である。また、図１２は、この観測面における電界分布及び効率を示す図であり、図１２（ａ）は１点給電モデル、図１２（ｂ）は分散給電モデルの場合を示す。なお、電力の周波数は２ＧＨｚであり、効率の計算において整合損、回路損は考慮されていない、
図１２に示すように、１点給電モデルでは、電界が筐体上部におけるアンテナの設置箇所付近に集中している。一方、分散給電モデルでは、電界が筐体上部の２つのアンテナ間に広がるように分布している。即ち、分散給電モデルでは近傍電磁界が分散する。また、内部電界は、分散給電モデルの場合、１点給電モデルの１／２になっている。これは、分散給電モデルでは、ファントム内部の近傍電磁界が分散したことにより、ピーク値が低下し、内部電界も低下したためと考えられる。更に、効率も分散給電モデルでは若干改善している。
【００３７】
第２実施例における実験では、次に、シミュレーションにより筐体面とファントム面との距離ｄ１を変化させて、分散給電の有効範囲を解析した。図１３は、距離ｄ１を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。なお、以降における内部電界の数値は、ｄ１＝２０ｍｍで分散給電が行われた場合における電界値で規格化した数値が用いられている。
【００３８】
図１３（ｂ）及び（ｃ）から明らかなように、分散給電であるか否かによらず、筐体がファントムに近づくと、次第に内部電界は増加し、効率は低下する。しかし、分散給電モデルでは、更に筐体がファントムに近づく場合には、内部電界は増加から減少に転じる。即ち、分散給電モデルにおける内部電界の低減効果は、筐体とファントムとの距離が近づくほど大きい。携帯電話機の実際の使用状況では、利用者は側頭部に携帯電話機を密着させて使用するため、分散給電モデルにおける内部電界の低減効果は大きいと言える。
【００３９】
第２実施例における実験では、更に、シミュレーションにより給電点間距離距離ｄ２を変化させて、分散給電の有効範囲を解析した。
【００４０】
図１４は、分散給電モデルにおいてアンテナ＃２をアンテナ＃１の方向へ移動させることにより距離ｄ２を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１４（ｂ）及び（ｃ）によれば、給電点間距離が近づくほど、内部電界及び効率ともに若干の改善がある。
【００４１】
図１５は、分散給電モデルにおいてアンテナ＃１及びアンテナ＃２の双方を筐体上部の中心へ移動させることにより距離ｄ２を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１５（ｂ）及び（ｃ）によれば、アンテナ＃２のみを移動させた場合と同様、給電点間距離が近づくほど、内部電界及び効率ともに若干の改善がある。
【００４２】
図１６は、１点給電モデルにおいてアンテナ＃１を移動させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）によれば、アンテナ＃１が筐体上部の中心に近づくにつれて、内部電界及び効率ともに急激に改善される。
【００４３】
図１４〜図１６に示す解析の結果より、分散給電では、給電点間距離やアンテナの配置により若干の変化があるものの、概ね安定した内部電界の低減効果が生じている。
【００４４】
以上、図１１〜図１６の解析結果はシミュレーションによるものであるが、発明者は、更に試作機を製造し、内部電界測定装置を用いて内部電界を測定した。図１７は、内部電界の測定値（試作機を製造し、内部電界測定装置を用いて測定した内部電界）と計算値（シミュレーションによる解析結果）とを示す図であり、図１７（ａ）は、筐体面とファントム面との距離ｄ１が５ｍｍの場合を示し、図１７（ｂ）は、距離ｄ１が２ｍｍの場合を示す。なお、ファントムの外郭は厚さ２ｍｍであり、当該外郭の比誘電率は５．０である。但し、計算値におけるカッコ内の数値はファントムの外郭が真空の場合（比誘電率１．０）を示す。
【００４５】
これら図１７（ａ）及び（ｂ）により明らかなように、測定値も計算値もほぼ同様の値が得られた。但し、ファントムの外郭を真空とした場合の計算値は、測定値を測定した際の環境とは異なるため、当該測定値とは一致しない。また、図１７（ｂ）によれば、筐体面とファントム面との距離ｄ１が２ｍｍの場合には、分散給電における測定値は、１点給電における測定値の半分程度に低減されており、測定値からも分散給電における内部電界の低下が示された。
【００４６】
以上、図１１〜図１７の解析結果に示すように、内部電界の低下が図られた。このような内部電界の低下は、携帯電話機の実質的な送信電力の向上に繋がり、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
（第３実施例）
第３実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、各アンテナのそれぞれに対してＲＦ電力が供給されるが、これら各ＲＦ電力に位相差をつけることができる（位相差給電）。
【００４８】
図１８は、第３実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、分配器１０８、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、可変移相器１１０により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）とは、分配器１０８及び可変移相器１１０を介して接続されている。また、送信機１０２とアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８を介して接続されている。
【００４９】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配して可変移相器１１０及びアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、可変移相器１１０及びアンテナ＃２（１０６−２）のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。
【００５０】
可変移相器１１０は、分配器１０８からのＲＦ電力の位相を変換してアンテナ＃１（１０６−１）へ供給することができる。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００５１】
一方、図１９は、第３実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２−１及び１０２−２、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、制御部１１２により構成される。
【００５２】
制御部１１２は、送信機１０２−１及び１０２−２が供給するＲＦ電力に位相差をつける制御を行うことができる。送信機１０２−１は、アンテナ＃１（１０６−１）と接続され、当該アンテナ＃１（１０６−１）へＲＦ電力を供給する。同様に、送信機１０２−２は、アンテナ＃２（１０６−２）と接続され、当該アンテナ＃２（１０６−２）へＲＦ電力を供給する。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００５３】
次に、第３実施例における発明者による実験結果を説明する。なお、以下においては、アンテナ＃１及び＃２には、同一の振幅のＲＦ電力が供給されるものとする。
【００５４】
第３実施例における実験では、自由空間での解析にモーメント法が採用され、人体を模擬したファントム近傍での解析にＦＤＴＤが採用される。また、第３実施例における実験に用いた携帯電話機モデルは、基本的には図１０に示した第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデルと同様である。
【００５５】
この第３実施例における実験では、様々なアンテナ配置の携帯電話機モデルを用い、内部電界及び効率を解析した。図２０〜図２２は、第３実施例における携帯電話機モデルの一例であり、図２０は垂直偏波素子構造、図２１は水平偏波素子構造。図２２は直交偏波素子構造を示す。
【００５６】
具体的には、図２０に示す垂直偏波素子構造では、アンテナは垂直方向に延在しており、モデルａは１つのアンテナ＃１が筐体の上端部に配置された構造（片側配置）、モデルｂは１つのアンテナ＃１が筐体上部の中心に配置された構造（水平中心配置）、モデルｃは１つのアンテナ＃１が筐体の中心に配置された構造（中央配置）、モデルｄは２つのアンテナ＃１及び＃２がそれぞれ筐体上部の両端部に配置された構造（水平配置）、モデルｅは２つのアンテナ＃１及び＃２が筐体上部の中心近傍に配置された構造（水平配置・中心寄り）、モデルｆは２つのアンテナ＃１及び＃２が筐体上部の一方の両端部に配置された構造（水平配置・片側寄り）、モデルｇはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置）、モデルｈはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１との対角上に配置される構造（対角配置）である。
【００５７】
また、図２１に示す水平偏波素子構造では、アンテナは水平方向に延在しており、モデルｉは１つのアンテナ＃１が筐体の上端部に配置された構造（片側配置）、モデルｊは１つのアンテナ＃１が筐体上部の中心に配置された構造（水平中心配置）、モデルｋは１つのアンテナ＃１が筐体中央の端部に配置された構造（垂直中心配置）、モデルｌはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置）、モデルｍはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体中央におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置・上部寄り）、モデルｎはアンテナ＃１が筐体中央より若干上方の端部に配置され、アンテナ＃２が筐体中央より若干下方におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置・中心寄り）、モデルｏはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１との対角上に配置される構造（対角配置）である。
【００５８】
また、図２２に示す直交偏波素子構造では、垂直方向に延在するアンテナ＃１が筐体上部の中央に配置され、水平方向に延在するアンテナ＃２が狂態下部の中央に配置される構造（中心配置）である。
【００５９】
図２３は、図２０〜図２２に示した各携帯電話機モデルにおける内部電界及び効率である。
【００６０】
図２３に示すように、垂直偏波素子構造において、１つのアンテナの場合（モデルａ〜モデルｃ）には、アンテナが筐体の端にあるほど内部電界が高くなり、効率が低下する。一方、２つのアンテナの場合（モデルｄ〜モデルｈ）には、同位相の場合に内部電界が低下し、効率が上昇する。
【００６１】
また、水平偏波構造において、１つのアンテナの場合（モデルｉ〜モデルｋ）には、垂直偏波構造と同様、アンテナが筐体の端にあるほど内部電界が高くなり、効率が低下する。一方、２つのアンテナの場合（モデルｌ〜モデルｏ）には、アンテナが筐体の中心に配置される方が良好な特性を示す。また、モデルｏでは逆位相の方が良好な特性を示す。
【００６２】
更に、直交偏波素子構造の場合には、逆位相の方が良好な特性を示す。
【００６３】
以上のことから、各携帯電話機モデルにより、内部電界や効率が良好となる、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差は異なっていることがわかる。従って、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差を適切に制御することにより、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００６４】
（第４実施例）
第４実施例では、携帯電話機は、上述した第１実施例の構成と第２実施例の構成とを組み合わせた構成を有する。
【００６５】
図２４は、第４実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２（以下、これらをまとめて適宜「サーキュレータ１０４」と称する）、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、分配器１０８により構成される。
【００６６】
送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）とは、分配器１０８、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２とを介して接続される。同様に、送信機１０２とアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２とを介して接続される。
【００６７】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。このＲＦ電力は、分配器１０８へ入力される。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配してサーキュレータ１０４−１及び１０４−２へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。
【００６８】
サーキュレータ１０４−１は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給するとともに、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。一方、サーキュレータ１０４−２は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給するとともに、アンテナ＃２（１０６−２）からの反射電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。
【００６９】
図２４の携帯電話機において、分配器１０８がサーキュレータ１０４−１及び１０４−２のそれぞれに対して、均等に、即ち５０％ずつＲＦ電力を供給する場合を考える。この場合、アンテナ＃１（１０６−１）の送信電力と、アンテナ＃２（１０６−２）の送信電力は、何れも送信機１０２が供給する全ＲＦ電力の５０％となる。ここで、利用者の持ち手の影響により、アンテナ＃１（１０６−１）において送信電力の５０％、即ち、全ＲＦ電力の２５％が反射すると、この反射電力は、サーキュレータ１０４−１を介してアンテナ＃２（１０６−２）へ供給される。このため、アンテナ＃２（１０６−２）の送信電力は、サーキュレータ１０４−２からのＲＦ電力（全ＲＦ電力の５０％）と、サーキュレータ１０４−１からの反射電力（全ＲＦ電力の２５％）とを合わせた、全ＲＦ電力の７５％となる。
【００７０】
また、第４実施例では、更に上述した第３実施例の構成を組み合わせても良い。図２５は、第４実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。図２５に示す携帯電話機は、図２４に示す携帯電話機と比較すると、サーキュレータ１０４−１とアンテナ＃１（１０６−１）との間に、新たに可変移相器１１０を備える構成となっている。この可変移相器１１０は、サーキュレータ１０４−１からのＲＦ電力の位相を変換してアンテナ＃１（１０６−１）へ供給することができる。
【００７１】
このように、ＲＦ電力は、分配されて複数のアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、第２実施例と同様、携帯電話機全体としては反射電力を減少させることができ、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７２】
また、アンテナ＃１（１０６−１）における反射電力は、アンテナ＃２（１０６−２）から放射され、アンテナ＃２（１０６−２）における反射電力は、アンテナ＃１（１０６−１）から放射されるため、第１実施例と同様、反射電力を有効に活用し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７３】
更に、図２５に示す構成が採用される場合には、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差を適切に制御することにより、第３実施例と同様、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７４】
上記実施形態において、送信機１０２が送信手段に対応し、サーキュレータ１０４、分配器１０８、可変移相器１１０及び制御部１１２が電力供給制御手段に対応し、サーキュレータ１０４が反射電力供給制御手段に対応する。
【００７５】
なお、上記実施形態では、携帯電話機を例に説明したが、基地局等の他の無線通信装置にも、同様に本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、携帯電話機には２つのアンテナが搭載されているが、更に多くのアンテナが搭載される場合においても、同様に本発明を適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、反射電力の有効活用や、反射電力の低減等により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図２】従来の携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【図３】第１実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。
【図４】第１実施例におけるサーキュレータの方向性を示す図である。
【図５】第１実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。
【図６】アンテナが単体の場合の反射損失特性を示す図である。
【図７】第１実施例における反射損失特性を示す図である。
【図８】第１実施例における携帯電話機の他の構成例を示す図である。
【図９】第２実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。
【図１０】第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。
【図１１】第２実施例におけるファントム内部電界の観測面を示す図である。
【図１２】第２実施例における電界分布及び効率を示す図である。
【図１３】第２実施例における第１の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１４】第２実施例における第２の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１５】第２実施例における第３の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１６】第２実施例における第４の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１７】第２実施例における内部電界の測定値と計算値とを示す図である。
【図１８】第３実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図１９】第３実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【図２０】第３実施例における携帯電話機モデルの第１の例を示す図である。
【図２１】第３実施例における携帯電話機モデルの第２の例を示す図である。
【図２２】第３実施例における携帯電話機モデルの第３の例を示す図である。
【図２３】第３実施例における内部電界及び効率を示す図である。
【図２４】第４実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図２５】第４実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０２ 送信機
１０４ サーキュレータ
１０６−１ アンテナ＃１
１０６−２ アンテナ＃２
１０８ 分配器
１１０ 可変移相器
１１２ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを有する携帯電話機等の無線通信装置に関し、特にアンテナへ電力を供給する給電技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から携帯電話機では、利用者の持ち手や頭部の影響を回避するために、様々なアンテナ構成が検討されている（例えば特許文献１参照）。図１及び図２は、従来の携帯電話機の構成例を示す図である。これら図１及び図２は、携帯電話機に２つのアンテナが搭載される場合の例である。
【０００３】
このような携帯電話機では、送信機５０２からのＲＦ電力は、方向性結合器５１０及び切替器５０４を介してアンテナ５０６へ給電され、放射される。ここで、ＲＦ電力は、図１ではアンテナ５０６−１（＃１）及び５０６−２（＃２）の何れか一方へ給電され、図２ではアンテナ５０６−１（＃１）へ給電される。この際、反射量測定・判定部５１２は、ＲＦ電力が供給されているアンテナ５０６において、利用者の持ち手や頭部の影響により反射された電力を、方向性結合器５１０を介して測定する。そして、この反射電力が大きくなった場合には、切替器５０４は、ＲＦ電力の給電先を切り替える。これにより、ＲＦ電力は、それまでとは別のアンテナ５０６へ給電されることになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−４６３９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の携帯電話機では、アンテナからの反射電力は、通信には何ら貢献せず、熱等の損失になるだけであり、有効に活用されていない。このため、携帯電話機における実質的な送信電力が減少し、通信品質の劣化を招く場合がある。従って、反射電力の有効活用や、反射電力の削減等により、携帯電話機における実質的な送信電力の減少を防止し、通信品質を向上させることが要求されている。
【０００６】
そこで、本願は、通信品質の向上を図ることが可能な無線通信装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に記載されるように、複数のアンテナを有する無線通信装置において、電力を供給する送信手段と、前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナの少なくとも何れかに対して供給する電力供給制御手段と、前記電力供給制御手段により電力が供給されたアンテナからの反射電力を、該アンテナ以外の他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段とを備える。
【０００８】
また、本発明は請求項２に記載されるように、請求項１に記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段及び前記反射電力供給制御手段は、サーキュレータである。
【０００９】
また、本発明は請求項３に記載されるように、複数のアンテナを有する無線通信装置において、電力を供給する送信手段と、前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配して供給する電力供給制御手段とを備える。
【００１０】
また、本発明は請求項４に記載されるように、請求項３に記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段は、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配する電力の振幅を異ならせる。
【００１１】
また、本発明は請求項５に記載されるように、請求項３又は４に記載の無線通信装置において、前記アンテナからの反射電力を他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段を備える。
【００１２】
また、本発明は請求項６に記載されるように、請求項１乃至５の何れかに記載の無線通信装置において、前記電力供給制御手段は、前記送信手段からの電力の位相を変換する。
【００１３】
本発明によれば、アンテナに供給された電力が反射された場合に、その反射電力が他のアンテナへ供給されるため、反射電力の有効活用により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。あるいは、電力が複数のアンテナへ分配して供給されるため、反射電力の削減等により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（第１実施例）
第１実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、何れかのアンテナに電力が供給された際に、利用者の持ち手や頭部の影響によって反射する電力を、他のアンテナへ供給する。
【００１６】
図３は、第１実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、サーキュレータ１０４、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）とは、サーキュレータ１０４を介して接続されている。
【００１７】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。このＲＦ電力は、サーキュレータ１０４へ入力される。
【００１８】
図４は、サーキュレータ１０４の方向性を示す図である。同図に示すように、サーキュレータ１０４は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。また、サーキュレータ１０４は、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。このため、アンテナ＃１（１０６−１）は、優先的にＲＦ電力が供給される主アンテナとして機能し、アンテナ＃２（１０６−２）は、従アンテナとして機能する。
【００１９】
再び図３に戻って説明する。サーキュレータ１０４は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。アンテナ＃１（１０６−１）は、供給されるＲＦ電力を放射する。ここで、携帯電話機の利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、ＲＦ電力は、ほとんどアンテナ＃１（１０６−１）から放射される。しかしながら、携帯電話機の利用者の持ち手や頭部の影響により、ＲＦ電力の一部は、アンテナ＃１（１０６−１）において反射し、反射電力となってサーキュレータ１０４へ戻る。
【００２０】
上述したように、サーキュレータ１０４は、アンテナ＃１（１０６−１）からの電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。このため、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力は、サーキュレータ１０４を介してアンテナ＃２（１０６−２）へ供給されることになる。そして、アンテナ＃２（１０６−２）は、供給される反射電力を放射する。従って、２つのアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）が同時に利用者の持ち手や頭部の影響を受けない限り、アンテナ＃１（１０６−１）における反射電力は、アンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、反射電力を有効に活用し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
次に、第１実施例における発明者による実験結果を説明する。図５は、第１実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。同図に示すように、本実施例における実験では、筐体の上部の中央部にアンテナ＃１（１０６−１）が垂直に延在するように配置され、筐体の下部の中央部にアンテナ＃２（１０６−２）が水平に延在するように配置された直交偏波中心配置素子構造が採用されている。
【００２２】
図６は、第１実施例との比較のために提示するものであり、アンテナが単体の場合の反射損失特性を示すスミスチャートである。図６（１）（ａ）は、携帯電話機がアンテナ＃１（１０６−１）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合の反射損失特性であり、図６（１）（ｂ）は、携帯電話機がアンテナ＃２（１０６−２）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合の反射損失特性である。これら図６（１）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、良好な反射損失特性である。
【００２３】
一方、図６（２）（ａ）は、携帯電話機がアンテナ＃１（１０６−１）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性であり、図６（２）（ｂ）は、携帯電話機がアンテナ＃２（１０６−２）のみを有し、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性である。実験では人体を模擬したものとしてジェルファントムが用いられ、当該ジェルファントムでアンテナを覆った。これら図６（２）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合には反射損失特性は劣化し、−５〜−６ｄＢの値となった。
【００２４】
図７は、図５に示す携帯電話機モデルにおける反射損失特性を示すスミスチャートである。図７（１）は、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合（ジェルファントムがない場合）の反射損失特性である。この図７（１）に示すように、利用者の持ち手や頭部の影響がない場合には、−１０ｄＢ以下の良好な反射損失特性である。
【００２５】
一方、図７（２）は、利用者の持ち手や頭部の影響が存在する場合の反射損失特性である。図７（２）（ａ）は、アンテナ＃１（１０６−１）がジェルファントムで覆われた場合であり、図６（２）（ａ）と比較して良好な反射損失特性であり、−１０ｄＢ以下の値となっている。また、図７（２）（ｂ）は、アンテナ＃２（１０６−２）がジェルファントムで覆われた場合であり、良好な反射損失特性を示す。図７（２）（ｂ）の結果は、第１実施例では、ＲＦ電力は送信機１０２からアンテナ＃１（１０６−１）へ供給されて放射されるため、アンテナ＃１（１０６−１）が利用者の持ち手や頭部の影響を受けなければ、アンテナ＃２（１０６−２）が利用者の持ち手や頭部の影響を受けたとしても、反射損失特性はほとんど劣化しないことを示している。
【００２６】
なお、以上の第１実施例では、携帯電話機が２つのアンテナを搭載する場合について説明したが、更に多くのアンテナを搭載しても良い。図８は、第１実施例における携帯電話機の他の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、Ｎ個のサーキュレータ１０４−１〜１０４−Ｎ（以下、これらをまとめて適宜「サーキュレータ１０４」と称する）、及び、Ｎ個のアンテナ＃１（１０６−１）〜＃Ｎ（１０６−Ｎ）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）を有する。この図８に示す携帯電話機は、基本的には図１に示す携帯電話機と同様の動作を行う。即ち、サーキュレータ１０４−１は、送信機１０２からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。アンテナ＃１（１０６−１）は、供給されるＲＦ電力を放射するが、利用者の持ち手や頭部の影響により、ＲＦ電力の一部は反射電力となってサーキュレータ１０４−１へ戻る。このとき、サーキュレータ１０４−１は、アンテナ＃１（１０６−１）からの電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。他のサーキュレータ１０４も同様の動作であり、前段のアンテナ１０６からの反射電力を次段のアンテナ１０６へ供給する。
【００２７】
（第２実施例）
第２実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、各アンテナのそれぞれに対して電力が供給される（分散給電）。
【００２８】
図９は、第２実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、分配器１０８、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８を介して接続されている。
【００２９】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配してアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００３０】
このように、ＲＦ電力は、分配されて複数のアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、例えば、一方のアンテナ１０６が利用者の持ち手や頭部の影響を受けて反射電力が生じた場合においても、他方のアンテナ１０６によりＲＦ電力の放射は継続される。従って、携帯電話機全体としては反射電力を減少させることができ、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
次に、第２実施例における発明者による実験結果を説明する。第２実施例における実験では、評価方法として時間領域差分法（ＦＤＴＤ）が採用される。ＦＤＴＤは、３次元任意形状の導体、誘電体及び磁性体の電磁界特性を数値計算する解析方法である。用途としては、線状あるいは面状のアンテナの解析評価、電磁波源の存在する室内外における電界分布の解析、電気機器が放射する電磁波の解析評価、電磁波応用機器及び電波吸収体の解析評価等である。具体的には、解析対象を含む空間をメッシュ分割し、マクスウェル方程式を差分法により離散化し、時間的に逐次計算する。時間波形としてはパルス又は正弦波を扱うことができる。パルスの場合には、広帯域の特性を一度で得ることができ、正弦波の場合には、特定周波数における特性を高速に計算することができる。誘電率、導電率、透磁率は、マクスウェル方程式に陽に含まれるため、任意形状、任意物性値を厳密に解析することができる。本実験ではファントムを含む電磁界解析の評価に用いられる。
【００３２】
図１０は、第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデル（分散給電モデル）を示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施例における実験では、アンテナ＃１及びアンテナ＃２は、逆Ｆ構造を有し、筐体上部の両端に配置される。これらアンテナ＃１及びアンテナ＃２における短絡ピンは筐体の内側に配置され、給電ピン（給電点）は筐体の外側に配置される。逆Ｆ構造のアンテナは一般に使用されるものであり、金属のみで構成されているため製造及び調整が容易であること、シミュレーションにおける計算が容易であること、比較的整合がとりやすいこと、動作が既知であること等の利点を有する。なお、以下においては、給電点間距離をｄ２とする。
【００３３】
また、利用者の頭部を模擬するものとして、直方体損失性誘電体としてのファントムが用いられる。直方体損失性誘電体は、曲面がないため、距離特性の評価が容易であること、シミュレーションにおける計算が容易であること、動作原理の理解が容易であること等の利点を有する。なお、以下においては、筐体面とファントム面との距離をｄ１とする。
【００３４】
また、比較対象として、１つの逆Ｆ構造のアンテナを搭載した携帯電話機モデル（１点給電モデル）が採用される。この携帯電話機は、図１０においてアンテナ＃１及びアンテナ＃２の何れか一方（ここではアンテナ＃２）を取り除いた構造を有する。
【００３５】
また、全送信電力は１Ｗとし、アンテナ＃１及び＃２へ均等に供給されるようにした。従って、分散給電モデルでは、アンテナ＃１及びアンテナ＃２のぞれぞれに０．５ＷのＲＦ電力が供給され、１点給電モデルでは、１つのアンテナ＃１に１ＷのＲＦ電力がそのまま供給されることになる。なお、分散給電モデルでは、アンテナ＃１及びアンテナ＃２のぞれぞれに供給されるＲＦ電力の位相差は０°である。
【００３６】
第２実施例における実験では、まず、シミュレーションによりファントム内部電界における電界分布、内部電界及び効率を解析した。図１１は、ファントム内部電界の観測面を示す図である。また、図１２は、この観測面における電界分布及び効率を示す図であり、図１２（ａ）は１点給電モデル、図１２（ｂ）は分散給電モデルの場合を示す。なお、電力の周波数は２ＧＨｚであり、効率の計算において整合損、回路損は考慮されていない、
図１２に示すように、１点給電モデルでは、電界が筐体上部におけるアンテナの設置箇所付近に集中している。一方、分散給電モデルでは、電界が筐体上部の２つのアンテナ間に広がるように分布している。即ち、分散給電モデルでは近傍電磁界が分散する。また、内部電界は、分散給電モデルの場合、１点給電モデルの１／２になっている。これは、分散給電モデルでは、ファントム内部の近傍電磁界が分散したことにより、ピーク値が低下し、内部電界も低下したためと考えられる。更に、効率も分散給電モデルでは若干改善している。
【００３７】
第２実施例における実験では、次に、シミュレーションにより筐体面とファントム面との距離ｄ１を変化させて、分散給電の有効範囲を解析した。図１３は、距離ｄ１を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。なお、以降における内部電界の数値は、ｄ１＝２０ｍｍで分散給電が行われた場合における電界値で規格化した数値が用いられている。
【００３８】
図１３（ｂ）及び（ｃ）から明らかなように、分散給電であるか否かによらず、筐体がファントムに近づくと、次第に内部電界は増加し、効率は低下する。しかし、分散給電モデルでは、更に筐体がファントムに近づく場合には、内部電界は増加から減少に転じる。即ち、分散給電モデルにおける内部電界の低減効果は、筐体とファントムとの距離が近づくほど大きい。携帯電話機の実際の使用状況では、利用者は側頭部に携帯電話機を密着させて使用するため、分散給電モデルにおける内部電界の低減効果は大きいと言える。
【００３９】
第２実施例における実験では、更に、シミュレーションにより給電点間距離距離ｄ２を変化させて、分散給電の有効範囲を解析した。
【００４０】
図１４は、分散給電モデルにおいてアンテナ＃２をアンテナ＃１の方向へ移動させることにより距離ｄ２を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１４（ｂ）及び（ｃ）によれば、給電点間距離が近づくほど、内部電界及び効率ともに若干の改善がある。
【００４１】
図１５は、分散給電モデルにおいてアンテナ＃１及びアンテナ＃２の双方を筐体上部の中心へ移動させることにより距離ｄ２を変化させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１５（ｂ）及び（ｃ）によれば、アンテナ＃２のみを移動させた場合と同様、給電点間距離が近づくほど、内部電界及び効率ともに若干の改善がある。
【００４２】
図１６は、１点給電モデルにおいてアンテナ＃１を移動させた場合における解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）によれば、アンテナ＃１が筐体上部の中心に近づくにつれて、内部電界及び効率ともに急激に改善される。
【００４３】
図１４〜図１６に示す解析の結果より、分散給電では、給電点間距離やアンテナの配置により若干の変化があるものの、概ね安定した内部電界の低減効果が生じている。
【００４４】
以上、図１１〜図１６の解析結果はシミュレーションによるものであるが、発明者は、更に試作機を製造し、内部電界測定装置を用いて内部電界を測定した。図１７は、内部電界の測定値（試作機を製造し、内部電界測定装置を用いて測定した内部電界）と計算値（シミュレーションによる解析結果）とを示す図であり、図１７（ａ）は、筐体面とファントム面との距離ｄ１が５ｍｍの場合を示し、図１７（ｂ）は、距離ｄ１が２ｍｍの場合を示す。なお、ファントムの外郭は厚さ２ｍｍであり、当該外郭の比誘電率は５．０である。但し、計算値におけるカッコ内の数値はファントムの外郭が真空の場合（比誘電率１．０）を示す。
【００４５】
これら図１７（ａ）及び（ｂ）により明らかなように、測定値も計算値もほぼ同様の値が得られた。但し、ファントムの外郭を真空とした場合の計算値は、測定値を測定した際の環境とは異なるため、当該測定値とは一致しない。また、図１７（ｂ）によれば、筐体面とファントム面との距離ｄ１が２ｍｍの場合には、分散給電における測定値は、１点給電における測定値の半分程度に低減されており、測定値からも分散給電における内部電界の低下が示された。
【００４６】
以上、図１１〜図１７の解析結果に示すように、内部電界の低下が図られた。このような内部電界の低下は、携帯電話機の実質的な送信電力の向上に繋がり、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
（第３実施例）
第３実施例では、携帯電話機は複数のアンテナを搭載し、各アンテナのそれぞれに対してＲＦ電力が供給されるが、これら各ＲＦ電力に位相差をつけることができる（位相差給電）。
【００４８】
図１８は、第３実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、分配器１０８、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、可変移相器１１０により構成される。送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）とは、分配器１０８及び可変移相器１１０を介して接続されている。また、送信機１０２とアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８を介して接続されている。
【００４９】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配して可変移相器１１０及びアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、可変移相器１１０及びアンテナ＃２（１０６−２）のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。
【００５０】
可変移相器１１０は、分配器１０８からのＲＦ電力の位相を変換してアンテナ＃１（１０６−１）へ供給することができる。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００５１】
一方、図１９は、第３実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２−１及び１０２−２、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、制御部１１２により構成される。
【００５２】
制御部１１２は、送信機１０２−１及び１０２−２が供給するＲＦ電力に位相差をつける制御を行うことができる。送信機１０２−１は、アンテナ＃１（１０６−１）と接続され、当該アンテナ＃１（１０６−１）へＲＦ電力を供給する。同様に、送信機１０２−２は、アンテナ＃２（１０６−２）と接続され、当該アンテナ＃２（１０６−２）へＲＦ電力を供給する。アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）は、それぞれ供給されたＲＦ電力を放射する。
【００５３】
次に、第３実施例における発明者による実験結果を説明する。なお、以下においては、アンテナ＃１及び＃２には、同一の振幅のＲＦ電力が供給されるものとする。
【００５４】
第３実施例における実験では、自由空間での解析にモーメント法が採用され、人体を模擬したファントム近傍での解析にＦＤＴＤが採用される。また、第３実施例における実験に用いた携帯電話機モデルは、基本的には図１０に示した第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデルと同様である。
【００５５】
この第３実施例における実験では、様々なアンテナ配置の携帯電話機モデルを用い、内部電界及び効率を解析した。図２０〜図２２は、第３実施例における携帯電話機モデルの一例であり、図２０は垂直偏波素子構造、図２１は水平偏波素子構造。図２２は直交偏波素子構造を示す。
【００５６】
具体的には、図２０に示す垂直偏波素子構造では、アンテナは垂直方向に延在しており、モデルａは１つのアンテナ＃１が筐体の上端部に配置された構造（片側配置）、モデルｂは１つのアンテナ＃１が筐体上部の中心に配置された構造（水平中心配置）、モデルｃは１つのアンテナ＃１が筐体の中心に配置された構造（中央配置）、モデルｄは２つのアンテナ＃１及び＃２がそれぞれ筐体上部の両端部に配置された構造（水平配置）、モデルｅは２つのアンテナ＃１及び＃２が筐体上部の中心近傍に配置された構造（水平配置・中心寄り）、モデルｆは２つのアンテナ＃１及び＃２が筐体上部の一方の両端部に配置された構造（水平配置・片側寄り）、モデルｇはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置）、モデルｈはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１との対角上に配置される構造（対角配置）である。
【００５７】
また、図２１に示す水平偏波素子構造では、アンテナは水平方向に延在しており、モデルｉは１つのアンテナ＃１が筐体の上端部に配置された構造（片側配置）、モデルｊは１つのアンテナ＃１が筐体上部の中心に配置された構造（水平中心配置）、モデルｋは１つのアンテナ＃１が筐体中央の端部に配置された構造（垂直中心配置）、モデルｌはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置）、モデルｍはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体中央におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置・上部寄り）、モデルｎはアンテナ＃１が筐体中央より若干上方の端部に配置され、アンテナ＃２が筐体中央より若干下方におけるアンテナ＃１の直下に配置される構造（垂直配置・中心寄り）、モデルｏはアンテナ＃１が筐体の上端部に配置され、アンテナ＃２が筐体下部におけるアンテナ＃１との対角上に配置される構造（対角配置）である。
【００５８】
また、図２２に示す直交偏波素子構造では、垂直方向に延在するアンテナ＃１が筐体上部の中央に配置され、水平方向に延在するアンテナ＃２が狂態下部の中央に配置される構造（中心配置）である。
【００５９】
図２３は、図２０〜図２２に示した各携帯電話機モデルにおける内部電界及び効率である。
【００６０】
図２３に示すように、垂直偏波素子構造において、１つのアンテナの場合（モデルａ〜モデルｃ）には、アンテナが筐体の端にあるほど内部電界が高くなり、効率が低下する。一方、２つのアンテナの場合（モデルｄ〜モデルｈ）には、同位相の場合に内部電界が低下し、効率が上昇する。
【００６１】
また、水平偏波構造において、１つのアンテナの場合（モデルｉ〜モデルｋ）には、垂直偏波構造と同様、アンテナが筐体の端にあるほど内部電界が高くなり、効率が低下する。一方、２つのアンテナの場合（モデルｌ〜モデルｏ）には、アンテナが筐体の中心に配置される方が良好な特性を示す。また、モデルｏでは逆位相の方が良好な特性を示す。
【００６２】
更に、直交偏波素子構造の場合には、逆位相の方が良好な特性を示す。
【００６３】
以上のことから、各携帯電話機モデルにより、内部電界や効率が良好となる、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差は異なっていることがわかる。従って、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差を適切に制御することにより、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００６４】
（第４実施例）
第４実施例では、携帯電話機は、上述した第１実施例の構成と第２実施例の構成とを組み合わせた構成を有する。
【００６５】
図２４は、第４実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。同図に示す携帯電話機は、送信機１０２、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２（以下、これらをまとめて適宜「サーキュレータ１０４」と称する）、アンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）（以下、これらをまとめて適宜「アンテナ１０６」と称する）、分配器１０８により構成される。
【００６６】
送信機１０２とアンテナ＃１（１０６−１）とは、分配器１０８、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２とを介して接続される。同様に、送信機１０２とアンテナ＃２（１０６−２）とは、分配器１０８、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２とを介して接続される。
【００６７】
送信機１０２は、ＲＦ電力を供給する。このＲＦ電力は、分配器１０８へ入力される。分配器１０８は、このＲＦ電力を分配してサーキュレータ１０４−１及び１０４−２へ供給する。この際、分配器１０８は、分配率を、利用者の影響を考慮して設定し、サーキュレータ１０４−１及び１０４−２のそれぞれに対して異なる振幅のＲＦ電力を供給することができる。
【００６８】
サーキュレータ１０４−１は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給するとともに、アンテナ＃１（１０６−１）からの反射電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給する。一方、サーキュレータ１０４−２は、分配器１０８からのＲＦ電力をアンテナ＃２（１０６−２）へ供給するとともに、アンテナ＃２（１０６−２）からの反射電力をアンテナ＃１（１０６−１）へ供給する。
【００６９】
図２４の携帯電話機において、分配器１０８がサーキュレータ１０４−１及び１０４−２のそれぞれに対して、均等に、即ち５０％ずつＲＦ電力を供給する場合を考える。この場合、アンテナ＃１（１０６−１）の送信電力と、アンテナ＃２（１０６−２）の送信電力は、何れも送信機１０２が供給する全ＲＦ電力の５０％となる。ここで、利用者の持ち手の影響により、アンテナ＃１（１０６−１）において送信電力の５０％、即ち、全ＲＦ電力の２５％が反射すると、この反射電力は、サーキュレータ１０４−１を介してアンテナ＃２（１０６−２）へ供給される。このため、アンテナ＃２（１０６−２）の送信電力は、サーキュレータ１０４−２からのＲＦ電力（全ＲＦ電力の５０％）と、サーキュレータ１０４−１からの反射電力（全ＲＦ電力の２５％）とを合わせた、全ＲＦ電力の７５％となる。
【００７０】
また、第４実施例では、更に上述した第３実施例の構成を組み合わせても良い。図２５は、第４実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。図２５に示す携帯電話機は、図２４に示す携帯電話機と比較すると、サーキュレータ１０４−１とアンテナ＃１（１０６−１）との間に、新たに可変移相器１１０を備える構成となっている。この可変移相器１１０は、サーキュレータ１０４−１からのＲＦ電力の位相を変換してアンテナ＃１（１０６−１）へ供給することができる。
【００７１】
このように、ＲＦ電力は、分配されて複数のアンテナ＃１（１０６−１）及びアンテナ＃２（１０６−２）から放射されるため、第２実施例と同様、携帯電話機全体としては反射電力を減少させることができ、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７２】
また、アンテナ＃１（１０６−１）における反射電力は、アンテナ＃２（１０６−２）から放射され、アンテナ＃２（１０６−２）における反射電力は、アンテナ＃１（１０６−１）から放射されるため、第１実施例と同様、反射電力を有効に活用し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７３】
更に、図２５に示す構成が採用される場合には、アンテナ＃１及び＃２に供給されるＲＦ電力の位相差を適切に制御することにより、第３実施例と同様、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７４】
上記実施形態において、送信機１０２が送信手段に対応し、サーキュレータ１０４、分配器１０８、可変移相器１１０及び制御部１１２が電力供給制御手段に対応し、サーキュレータ１０４が反射電力供給制御手段に対応する。
【００７５】
なお、上記実施形態では、携帯電話機を例に説明したが、基地局等の他の無線通信装置にも、同様に本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、携帯電話機には２つのアンテナが搭載されているが、更に多くのアンテナが搭載される場合においても、同様に本発明を適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、反射電力の有効活用や、反射電力の低減等により、無線通信装置の実質的な送信電力の低下を防止し、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図２】従来の携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【図３】第１実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。
【図４】第１実施例におけるサーキュレータの方向性を示す図である。
【図５】第１実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。
【図６】アンテナが単体の場合の反射損失特性を示す図である。
【図７】第１実施例における反射損失特性を示す図である。
【図８】第１実施例における携帯電話機の他の構成例を示す図である。
【図９】第２実施例における携帯電話機の構成例を示す図である。
【図１０】第２実施例における実験に用いた携帯電話機モデルを示す図である。
【図１１】第２実施例におけるファントム内部電界の観測面を示す図である。
【図１２】第２実施例における電界分布及び効率を示す図である。
【図１３】第２実施例における第１の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１４】第２実施例における第２の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１５】第２実施例における第３の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１６】第２実施例における第４の解析モデル、内部電界及び効率を示す図である。
【図１７】第２実施例における内部電界の測定値と計算値とを示す図である。
【図１８】第３実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図１９】第３実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【図２０】第３実施例における携帯電話機モデルの第１の例を示す図である。
【図２１】第３実施例における携帯電話機モデルの第２の例を示す図である。
【図２２】第３実施例における携帯電話機モデルの第３の例を示す図である。
【図２３】第３実施例における内部電界及び効率を示す図である。
【図２４】第４実施例における携帯電話機の第１の構成例を示す図である。
【図２５】第４実施例における携帯電話機の第２の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０２ 送信機
１０４ サーキュレータ
１０６−１ アンテナ＃１
１０６−２ アンテナ＃２
１０８ 分配器
１１０ 可変移相器
１１２ 制御部
Claims (6)
- 複数のアンテナを有する無線通信装置において、
電力を供給する送信手段と、
前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナの少なくとも何れかに対して供給する電力供給制御手段と、
前記電力供給制御手段により電力が供給されたアンテナからの反射電力を、該アンテナ以外の他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段と、
を備える無線通信装置。 - 請求項１に記載の無線通信装置において、
前記電力供給制御手段及び前記反射電力供給制御手段は、サーキュレータである無線通信装置。 - 複数のアンテナを有する無線通信装置において、
電力を供給する送信手段と、
前記送信手段からの電力を、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配して供給する電力供給制御手段と、
を備える無線通信装置。 - 請求項３に記載の無線通信装置において、
前記電力供給制御手段は、前記複数のアンテナのそれぞれに対して分配する電力の振幅を異ならせる無線通信装置。 - 請求項３又は４に記載の無線通信装置において、
前記アンテナからの反射電力を他のアンテナへ供給する反射電力供給制御手段を備える無線通信装置。 - 請求項１乃至５の何れかに記載の無線通信装置において、
前記電力供給制御手段は、前記送信手段からの電力の位相を変換する無線通信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003200633A JP2005045362A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 無線通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003200633A JP2005045362A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 無線通信装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005045362A true JP2005045362A (ja) | 2005-02-17 |
Family
ID=34260973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003200633A Pending JP2005045362A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 無線通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005045362A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014141863A1 (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 株式会社村田製作所 | アンテナフロントエンドおよび高周波モジュール |
-
2003
- 2003-07-23 JP JP2003200633A patent/JP2005045362A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014141863A1 (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 株式会社村田製作所 | アンテナフロントエンドおよび高周波モジュール |
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