JP2005347855A - 携帯無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】 折り畳み式携帯無線機が使用者の手で保持される使用状態において、下り通信の高速伝送を実現すると共に高いアンテナ放射効率を確保する。
【解決手段】 板状導体１、３、４を上ケース５の表示部３５の裏面で長手方向に配置する。送信回路２５の信号は電力分配器１８によって分配され、一方の信号は移相器１７を介して板状導体１に給電され、他方の信号は高周波スイッチ１９から送受共用器２０又は送受共用器２１を介して板状導体３又は板状導体４に給電される。高周波スイッチ１９は、重力センサ２６からの信号による選択切替えによって、板状導体３か板状導体４のいずれか一方に切替え給電する。受信信号は、送受共用器２０及び送受共用器２１によって取り出され、受信回路２２及び受信回路２３によって増幅され、復調部２４によって所定の重み付け係数を掛けて合成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナの構造に改良を加えた携帯電話機等の携帯無線機に関し、特に、折り畳み式の構造を有する携帯無線機を使用者が手で保持している通信状態において、下り通信の伝送速度とアンテナ指向性に改良を加えた携帯無線機に関する。

近年広く利用されている折り畳み式の携帯電話機では、音声電話として通話する機能を利用するのと同様に、電子メールやテレビ電話、さらにはインターネットを利用して音楽や映像などの様々な情報をダウンロードして使用することが多くなっている。特に、使用者が大容量の画像をダウンロードする場合は、携帯電話機の下り通信（つまり、電話局から利用者端末への通信）の伝送速度の高速化が重要となっている。現在広くサービスされている符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）方式の通信システムにおいては、下り通信の最大伝送速度は３８４ｋｂｐｓとなっており、この程度の通信速度では、使用者が大容量の動画像などをダウンロードする場合は多大な時間と通信コストが生じてしまう。

そこで、近年開発されている高速パケット通信技術のひとつであるＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）では、現状のＣＤＭＡ方式と同じ５ＭＨｚの周波数帯域幅を使用した場合でも、現行の通信速度の５倍以上の最大１４．４Ｍｂｐｓの高速通信を実現することができる。そのため、ＨＳＤＰＡを用いることによって、使用者が大容量の画像をダウンロードする場合でも短時間かつ安価な通信コストで処理することが可能となる。このように通信速度を向上するためには適応変調方式が重要となる。適応変調方式とは、変動する電波伝搬路の状態、すなわち空中の電波の伝わりやすさの変化を総合的に判断し、最良の変調方式を自動的に選択するというものであり、具体的には、電波の受信状態が悪いときは低速な変調方式が用いられ、受信状態が良いときは高速な変調方式が用いられる。したがって、ＨＳＤＰＡを実現するためには、携帯電話機の多重波伝搬環境における受信性能の向上が重要となってくる。そのため、携帯電話機の基地局がこのような受信性能を向上させるために、アンテナと受信系回路を複数個搭載させて合成受信を行わせることにより受信性能の向上を実現している。

一方、携帯電話機を使用して音声通話を行う場合あるいは電子メールやテレビ電話などのデータ通信を行う場合は、使用者が携帯電話機を手で握って耳に近接させて通話する状態（以下、通話状態と言う）や、使用者が胸の前で携帯電話機を手で握って電子メール操作を行う状態（以下、操作状態と言う）が一般的である。このような様々な使用状態に対しては、携帯電話機本体から比較的離れた部位に複数のアンテナを備えておき、使用状態に応じてこれらのアンテナを切り替えるアンテナ切替ダイバーシチ動作が利用されている。しかし、このようなアンテナ切替ダイバーシチ方式では下り通信の高速伝送を実現することは困難である。

そこで、このような高速伝送の課題に対応するために、携帯電話機のアンテナに各種の改良を加えた技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、携帯電話機の内部に複数個のアンテナを内蔵して各アンテナに電力分配する構成が提案されている。また、下記の特許文献２には、携帯電話機の内部に２個のダイポールアンテナを平行に備え、各ダイポールアンテナの給電位相を制御する構成が提案されている。さらに、下記の特許文献３には、携帯電話機の外部のヘリカルアンテナとフリップに内蔵されたアンテナとを備え、各アンテナの給電位相を制御する構成が提案されている。また、これらの各公報の技術は、人体への電波の影響を軽減させる考慮もなされている。
特開２００２−７７００６号公報 特開２００２−１５２１１５号公報 特開２００２−６４３１４号公報

しかしながら、上記の特許文献１のような複数のアンテナを携帯電話機に搭載して電力を分配する構成では、各微小アンテナの給電位相及び給電電力を制御することにより、合成輻射パターンを最適に調整することによる通信性能の改善効果が期待できるものの、下り通信の高速伝送に対する考慮がなされていない。さらには、一般的な通話状態において、携帯電話機を傾けて手で保持して使用する場合、肩や頭部の影響による伝搬性能の劣化を防止するための適切なアンテナの配置位置やアンテナ制御方法についての考慮がなされていない。また、上記の特許文献２のような２個のダイポールアンテナによる構成では、位相角度１８０°の位相制御における指向性制御による通信性能の改善効果が示されているが、特許文献１と同様に、下りの高速伝送に対する考慮や伝搬性能の劣化を防止するための適切なアンテナの配置位置やアンテナ制御方法についての考慮はなされていない。

さらに、上記の特許文献３のような外部のヘリカルアンテナとフリップに内蔵アンテナを配置する構成では、フリップを開いた場合には位相制御によって指向性の変化が示されているものの、フリップを閉じた状態では指向性制御ができないためにアンテナの放射効率が劣化し易いという問題は解決されていない。さらには、外部にヘリカルアンテナが突出しているため携帯電話機の商品的デザインがよくないという課題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、色々なタイプの携帯無線機、特に、折り畳み式携帯無線機の様々な使用状態において、下り通信の高速伝送を実現することに加え、高いアンテナ放射効率を確保して通信性能の向上を図った携帯機無線機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の携帯無線機は、複数のアンテナ素子を組み合わせて電波の送受信を行う携帯無線機であって、筐体の長辺に沿って配置された第１のアンテナ素子と、筐体の長辺に沿って配置され、第１のアンテナ素子と励振位相が異なる第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子の励振位相と第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子の励振位相との位相差を変化させて放射指向性のパターンを制御する送信系制御手段と、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子の受信状態に応じて受信信号の適応合成を行う受信系制御手段とを備える構成を採っている。

本発明の携帯無線機においては、前記送信系制御手段は、筐体の内部に設けられた基板に実装されていて高周波信号を出力する送信部と、送信部から出力された高周波信号を第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子へ電力分配する電力分配部と、第１のアンテナ素子の励振位相と第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子の励振位相との位相差を変化させる移相部とを備え、前記受信系制御手段は、筐体の内部に設けられた基板に実装されていて受信系に寄与する複数のアンテナ素子から高周波信号を受信して増幅する複数の受信部と、複数の受信部から出力された高周波信号に所定の重み付けをして信号の適応合成を行う合成部とを備える構成を採っている。

本発明の携帯無線機においては、前記複数の受信部は、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子からそれぞれ個別に高周波信号を受信するように３個の受信部からなる構成を採っている。

本発明の携帯無線機においては、前記３個の受信部は、それぞれ、１つのアンテナ素子を送信系と受信系で共用するための送受共用部を経由して、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子からそれぞれ個別に高周波信号を受信する構成を採っている。

本発明の携帯無線機においては、前記送信系制御手段は、上記の構成に加えて、さらに、携帯無線機の使用状態に応じて高周波信号の分配経路を選択的に切替える選択切替え部を備える構成を採っている。

本発明の携帯無線機においては、前記送信系制御手段は、上記の構成に加えて、さらに、携帯無線機の傾き角度によってその携帯無線機の使用状態を検出する傾き検出部を備え、傾き検出部が、自己の検出結果に応じて移相部に対して位相差を可変制御させると共に選択切替え部に対して高周波信号の分配経路を選択的に切替えさせるようにした構成を採っている。

本発明の携帯無線機では、上記の発明において、携帯無線機を構成する筐体は、上部筐体と下部筐体とがヒンジ部で連結された開閉自在な機構を有する折り畳み式構造であり、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子は、上部筐体の表示部の背面側に筐体長辺に沿って配置されるような構成を採っている。

本発明によれば、例えば、携帯無線機のアンテナが３個のアンテナ素子で構成されているとき、第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子のいずれかを通話状態に連動して選択すれば、送信系においては、選択されたアンテナ素子（例えば、第２のアンテナ素子）と第１のアンテナ素子との間に所定の位相差を設けて給電することによってアンテナ指向性を最適に制御することができる。これによって、必要とする方向の電波に対して高いアンテナ放射効率を確保することが可能となる。また、受信系においては、第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子の受信状態に応じた合成受信ダイバーシチを行うことにより、受信性能を高くして下り通信の高速伝送を行うことが可能となる。

また、本発明によれば、合成部（つまり、復調器）が、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、及び第３のアンテナ素子からの受信信号の受信状態に応じて、所望の重み付けをして信号の適応合成を行う。これによって、常に受信性能を良好にすることができるので、下り通信の高速伝送を実現することが可能となる。

また、本発明によれば、選択切替え部が、通話状態に連動して第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子を選択することにより、選択されたアンテナ素子（例えば、第２のアンテナ素子）と第１のアンテナ素子が所定の位相差で励振するので、送信系において所望の方向のアンテナ指向性を高くして高いアンテナ放射効率を確保することができる。このとき、受信系においては、２つのアンテナ素子（例えば、第２のアンテナ素子と第１のアンテナ素子）の受信合成によって受信性能を高くし、下り通信の高速伝送を行うことができる。

また、本発明によれば、傾き検出部が、携帯無線機の傾き角度によって使用状態を検出しているので、送信系では、様々な使用状態（つまり、通話をしている通話状態や電子メールの操作をしている操作状態）において、必要とする電波方向への指向性制御を行うことができる。したがって、如何なる使用状態においても常に良好な通信性能を確保することが可能となる。例えば、携帯無線機（携帯電話機）を右手で持って通話している通話状態のときでも、左手で持って電子メールの操作をしている操作状態のときでも、傾き検出部が、それぞれの使用状態における携帯無線機の傾きを検出し、常に最大の電波指向性を確保して良好な通信性能を維持している。

また、本発明によれば、折り畳み式携帯電話機を使用するとき、その折り畳み式携帯電話機の使用状態や受信状態に応じて、２つ以上のアンテナ素子の給電位相を自動的に変えながら電波の指向性を制御するので、必要な電波方向に対して最適な指向性制御を行うことが可能となる。これによって、折り畳み式携帯電話機の使用状態に応じて常に最適な送信性能を維持することができるので、従来の折り畳み式携帯電話機に比べて送信性能を一段と向上させることができる。一方、受信を行う場合は、受信合成方式によって下り通信の高速伝送を確保することができる。したがって、本発明によって通信品質の高い折り畳み式携帯電話機を構築することができる。

以下、本発明の携帯無線機について、図面を参照しながら折り畳み式携帯電話機を例に挙げて幾つかの実施の形態を説明する。なお、以下の各実施の形態で用いる図面で同一の構成要素は同一の符号を付すことにし、重複する説明は省略することにする。また、本発明による携帯電話機の構造は必ずしも折り畳み式である必要はなく、例えば、スライド式の構造や折り畳めない固定式構造のものであっても本発明を実現することができる。

本発明における携帯無線機（つまり、携帯電話機）の骨子は、送信系においては、様々な使用状態による携帯電話機の傾きを検知し、検知結果に基づいて信号位相の異なる２つのアンテナ素子を選択的に組合せることにより、必要とする電波方向への指向性制御を行って高いアンテナ放射効率を確保する。また、受信系においては、２つのアンテナ素子の受信信号の適応合成によって受信性能を良好にすることにより、下り通信の高速伝送を実現する。これによって、常に良好な通信性能を確保することができる携帯無線機（携帯電話機）を実現することができる。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における折り畳み式携帯電話機の構成図であり、（ａ）は折り畳み式携帯電話機を背面から見た背面透視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。つまり、図１は、折り畳み構造を有する携帯電話機を使用するために開いた状態（以下、開状態という）の正面図と側面図を示している。この折り畳み式携帯電話機は、上ケース５、下ケース６、ヒンジ部７、板状導体１（第１のアンテナ素子）、板状導体３（第２のアンテナ素子）、板状導体４（第３のアンテナ素子）、グラウンド板２、及び表示部３５を備えた構成となっている。なお、以下の説明では、折り畳み式携帯電話機を単に携帯電話機と表現することもある。

上部筐体に相当する上ケース５及び下部筐体に相当する下ケース６は、それぞれ、絶縁体である樹脂によって構成されており、一般的には、上ケース５及び下ケース６は、それぞれ、長さが１００ｍｍ程度で幅が５０ｍｍ程度に設定される。また、上ケース５及び下ケース６はヒンジ部７を支点として回動可能なように接続されており、これにより折り畳み型の構造が形成される。また、板状アンテナ素子に相当する板状導体１は、例えば、長さＬ１が７０ｍｍ程度で幅Ｗ１が４５ｍｍ程度の銅板からなり、上ケース５の内部において表示部３５の裏面の長手方向の面に沿って配置されている。さらに、板状アンテナ素子に相当する板状導体３及び板状導体４は、例えば、長さＬ１が７０ｍｍ程度で幅Ｗ２及び幅Ｗ３が２０ｍｍ程度の銅板からなり、上ケース５の内部において表示部３５の裏面から隔てられた面（つまり、上ケース５の裏面の反対面）に沿って配置されている。

また、板状導体３と板状導体４の間隔Ｇは、例えば、５ｍｍ程度に配置されている。さらに、板状導体１と板状導体３及び板状導体４との間隔Ｈは、例えば、５ｍｍ程度に配置されている。また、板状導体１、板状導体３、及び板状導体４は、それぞれ、その厚みが、例えば、０．１ｍｍ程度に設定されている。これによって、各板状導体１，３，４は、ケースの厚みが例えば７ｍｍ程度の薄い上ケース５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することができる。

また、グラウンド板２は、例えば、長さが９０ｍｍ程度で幅が４５ｍｍ程度の導体板であり、一般には下ケース６の内部に配設されている各回路のグラウンドパターンが利用される。グラウンド板２の上には、各回路のグランド電位となるグラウンドパターンがほぼ全面に形成されている。また、整合回路１１、整合回路１２及び整合回路１３の一端はグラウンド板２のグラウンドパターンに接地されてグラウンド電位に保たれている。さらに、板状導体１、板状導体３及び板状導体４の一端（例えば、上ケース５の下部側）に設けられた給電点１４、給電点１５、及び給電点１６は、それぞれ、給電線８、給電線９、及び給電線１０によって整合回路１１、整合回路１２、及び整合回路１３に電気的に接続されている。なお、給電線８、給電線９、及び給電線１０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７において上ケース５が自在に回動できるように構成される。

送信回路２５から送信される高周波信号は電力分配器１８によって分配され、分配された一方の高周波信号は移相器１７を介して整合回路１２から板状導体１へ給電され、分配された他方の高周波信号は高周波スイッチ１９へ給電される。さらに、他方の高周波信号は、高周波スイッチ１９の一方の接点から、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）２０を経由して整合回路１１から板状導体３へ給電される。また、高周波スイッチ１９の他方の接点から、送受共用器２１を経由して整合回路１３から板状導体３へ給電される。なお、高周波スイッチ１９は、例えば、ＦＥＴやＰＩＮダイオードで構成されている。また、整合回路１１、整合回路１２、及び整合回路１３は、それぞれ、板状導体１、板状導体３、及び板状導体４のインピーダンスを、送信回路２５、受信回路２２、及び受信回路２３の回路インピーダンスに整合させるための機能を有している。一般的には、各整合回路１１，１２，１３は５０Ωのインピーダンスで整合を取っている。

また、携帯電話機は、自己の傾き角を検知する重力センサ（傾き検出部）２６からの信号、または復調器２４からの受信レベルによって高周波スイッチ１９を切替え制御する選択信号を生成するので、高周波スイッチ１９は、この選択信号によって整合回路１１又は整合回路１３のいずれか一方に切替え、高周波信号を板状導体３又は板状導体４のいずれかに給電する機能を備えている。なお、重力センサ２６は、例えば、携帯電話機内部の所定の場所で一端を固定したフレキシブルな歪ゲージの先端に重りを吊り下げた構成となっている。これによって、携帯電話機を傾けたときに重りによって撓む歪ゲージのピエゾ効果で起電力が発生するので、この起電力を検出することによって携帯電話機の傾きの大きさを検出することができる。

電力分配器１８は、例えば、λ/４インピーダンス変換器の原理を利用した高周波性能を有するウィルキンソン型回路で構成される高周波信号の分配器であり、送信回路２５からの高周波信号を同振幅かつ同位相で分配する機能を有している。移相器１７は、例えば、集中定数素子又は分布定数素子によって構成される回路であり、整合回路１１又は整合回路１３に給電される高周波信号の位相を整合回路１２に給電される位相に対して異なる値にする機能を有している。以上のように構成することによって、板状導体１、板状導体３、及び板状導体４とグラウンド板２が異なる位相で同時に給電されるダイポールアンテナとして動作する。

また、受信系では、板状導体３の一端に設けられた給電点１４から整合回路１１を経由して送受共用器２０より受信信号が取り出されて受信回路２２で増幅される。さらに、板状導体４の一端に設けられた給電点１６から整合回路１３を経由して送受共用器２１より受信信号が取り出されて受信回路２３で増幅される。そして、受信回路２２及び受信回路２３で増幅された高周波の受信信号は、復調器２４によって所定の重み付け係数で重み付けされた後に信号が合成される。

以上を要約すると、図１に示す実施の形態１の携帯電話機は基本的には次のような構成になっている。すなわち、本発明の携帯電話機は、筐体の長辺に沿って配置されている板状導体１と、同じく筐体の長辺に沿って配置されていて板状導体１とは励振位相が異なる板状導体３及び板状導体４と、板状導体１の励振位相と板状導体３子又は板状導体４の励振位相との位相差を変化させて放射指向性のパターンを制御する送信系制御手段と、板状導体１、板状導体３、及び板状導体４の受信状態に応じて受信信号の適応合成を行う受信系制御手段とを備えた構成となっている。

また、送信系制御手段は、高周波信号を出力する送信回路２５と、送信回路２５から出力された高周波信号を板状導体１、板状導体３、及び板状導体４へ分配する電力分配器１８と、板状導体１の励振位相と板状導体３又は板状導体４の励振位相との位相差を変化させる移相器１７と、携帯電話機の使用状態に応じて高周波信号の分配経路を選択的に切替える高周波スイッチ１９と、携帯電話機の傾き角度によってその携帯電話機の使用状態を検出する重力センサ２６とを備えた構成となっている。さらに、受信系制御手段は、受信系に寄与する複数のアンテナ素子から高周波信号を受信して増幅する受信回路２２及び受信回路２３と、受信回路２２及び受信回路２３から出力された高周波信号に所定の重み付けをして信号の適応合成を行う復調器２４とを備えた構成となっている。

なお、図１（ａ）に示す携帯電話機の背面図の下部、及び図１（ｂ）に示すＡ−Ａ’断面図（つまり、側面図）の下部には、それぞれ座標系が示されている。例えば、図１（ａ）の背面図においては、右手の人差指と中指と親指とをそれぞれ直角にしたとき、中指をＸ軸方向（図の紙表から紙裏に向かう方向）、親指をＹ軸方向（図の右から左に向かう方向）、人差指をＺ軸方向（図の下部から上部に向かう方向）に向ける座標系が示されている。したがって、図１（ｂ）の側面図においては、右手首を９０°時計方向に回転した状態となり、中指のＸ軸方向が図の右から左に向かう方向となり、親指のＹ軸方向が図の紙裏から紙表に向かうような座標系となる。なお、人差指のＺ軸方向は背面図の場合と変わらず図の下部から上部に向かう方向である。

次に、図１のように構成された折り畳み式携帯電話機のアンテナ動作について説明する。図２は、図１に示す折り畳み式携帯電話機の通話状態を示す図である。つまり、図２は、使用者が折り畳み式携帯電話機５１を右手で保持して通話を行っている通話状態を示している。また、図３は、図１に示す折り畳み式携帯電話機の操作状態を示す図である。つまり、図３は、使用者が折り畳み式携帯電話機５１を右手で保持して胸の前で電子メールの操作などを行っている操作状態を示している。したがって、図２及び図３に示すような携帯電話機の使用状態に対応しながら、図１を参照しつつ、動作周波数を例えば２．１４ＧＨｚに設定したときの折り畳み式携帯電話機５１の動作について説明する。

まず、図２に示すような通話状態では、使用者が折り畳み式携帯電話機５１を右手で保持して耳に近接させて使用している。このとき、図１で定義した座標系は、図２に示すように、Ｘ軸方向（中指）が図の紙表から紙裏に向かう方向（つまり、使用者の耳へ向かう方向）となり、Ｙ軸方向（親指）が使用者の肩へ向かう方向、Ｚ軸方向（人差指）が使用者の背後へ向かう方向となる。また、折り畳み式携帯電話機５１によって図２に示すような通話状態で通話送信を行うとき、つまり、使用者が折り畳み式携帯電話機５１を右手に持って通話するときは、重力センサ２６が折り畳み式携帯電話機５１を右手で持った角度を検知し、高周波スイッチ１９に対して板状導体４を選択するような信号を送信する。これによって、高周波スイッチ１９は、整合回路１３を介して板状導体４へ高周波信号を給電するように接点がスイッチＯＮされる。

また、電力分配器１８から高周波スイッチ１９を介して整合回路１３（つまり、板状導体４）へ給電される高周波信号の位相に対して、電力分配器１８から移相器１７を介して整合回路１２（つまり、板状導体１）へ給電される高周波信号の位相を２７０°遅らせる（又は９０°早める）ように、移相器１７の位相を決定する。なお、ここで選択されていない板状導体３の給電点１４は、ある所定のインピーダンス、例えば、開放状態となって無限大のインピーダンスとなる。

図４は、図１に示す折り畳み式携帯電話機の放射特性図あって、板状導体４に対して板状導体１の給電位相を２７０°遅らせた放射特性図である。図４（ａ）はＸ−Ｙ面の放射特性を示し、図４（ｂ）はＹ−Ｚ面の放射特性を示している。図４の同心円は電波の放射強度を示し、各同心円の間隔が１０ｄＢの大きさを示している。つまり、図２に示すように折り畳み式携帯電話機５１は、板状導体４のアンテナ素子と板状導体４より２７０°位相の遅れた板状導体１のアンテナ素子との組み合わせにより、図１で定義した座標系における電波の放射パターンは図４（ａ）、（ｂ）に示すような特性となる。なお、図４（ａ）、（ｂ）に示す放射パターンは、Ｘ−Ｙ面とＹ−Ｚ面の電波の垂直偏波成分（Ｅθ）を示している。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、板状導体４と板状導体１が選択されて高周波信号が給電された場合のアンテナ指向性は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に利得が高くなるようにアンテナ指向性が制御される。言い換えれば、図２に示すような折り畳み式携帯電話機５１の右手保持の通話状態の場合は、頭部側とは反対方向の指向方向（−Ｘ軸方向）、及び肩側とは反対方向の指向方向（−Ｙ軸方向）に対して電波の指向性を制御することができる。この結果、−４ｄＢと高い放射効率が得られ、指向性の制御を行わない場合に比較して通話状態における放射効率を２ｄＢ程度まで高くすることができる。

また、図２のような折り畳み式携帯電話機５１の使用状態の場合は、図４に示すように、頭部側への指向方向（Ｘ軸方向）と肩側への指向方向（Ｙ軸方向）の電波強度が弱まるので、人体への電波の影響を軽減させることができる。

一方、折り畳み式携帯電話機５１を左手に持って通話した場合は、重力センサ２６の角度検知結果より、高周波スイッチ１９によって板状導体３を選択して整合回路１１へ給電し、電力分配器１８から高周波スイッチ１９を介して整合回路１１（つまり、板状導体３）へ給電される高周波信号の位相に対して、電力分配器１８から移相器１７を介して整合回路１２（つまり、板状導体１）へ給電される高周波信号の位相を２７０°遅らせる（又は９０°早める）ように、移相器１７の位相を決定する。つまり、板状導体３のアンテナ素子と２７０°位相の遅れた板状導体１のアンテナ素子との組み合わせが選択される。

図５は、図１に示す折り畳み式携帯電話機の放射特性図あって、板状導体３に対して板状導体１の給電位相を２７０°遅らせた放射特性図である。図５（ａ）はＸ−Ｙ面の放射特性を示し、図５（ｂ）はＹ−Ｚ面の放射特性を示している。つまり、折り畳み式携帯電話機を左手で持って板状導体１と板状導体３が選択された場合においては、図１の座標系における放射パターンを図５に示すような特性になる。図５に示す放射パターンは、Ｘ−Ｙ面とＹ−Ｚ面の垂直偏波成分（Ｅθ）を示している。この場合の電波の指向性は、−Ｘ軸方向及び＋Ｙ軸方向に指向性を制御することができる。すなわち、折り畳み式携帯電話機５１の左手保持の通話状態では、頭部側とは反対方向の指向方向（−Ｘ軸方向）、及び肩側とは反対方向の指向方向（Ｙ軸方向）に対して電波の指向性を制御することができる。この結果、−４ｄＢと高い放射効率が得られ、指向性の制御を行わない場合に比較して通話状態における放射効率を２ｄＢ程度まで高くすることができる。また、携帯電話機を左手で持った通話状態の場合も、右手で携帯電話機を持った場合と同様に、図５に示すように、頭部側への指向方向（Ｘ軸方向）と肩側への指向方向（−Ｙ軸方向）の電波強度が弱まるので、人体への電波の影響を軽減させることができる。

次に、受信を行う場合は、板状導体３及び板状導体４によって受信された信号をそれぞれの受信回路２２及び受信回路２３によって増幅し、復調器２４で例えばアンテナからの受信状態に合わせて所定の重み付けや各受信信号の位相を適宜に調整して信号合成を行う。したがって、板状導体３及び板状導体４の２つのアンテナからの受信状態に応じて常に最適な合成受信ダイバーシチを行うために受信性能を高くすることができ、下り通信の高速伝送を実現することが可能となる。

以上述べたように、図１に示す実施の形態１のように構成された携帯無線機では、受信系では受信信号の適応合成によって受信性能を良好にすることで下り通信の高速伝送を実現し、送信系では様々な使用状態（つまり、通話状態や操作状態）において、必要とする電波方向への指向性制御を行うことによって、常に良好な通信性能を確保することができる。したがって、実施の形態１における携帯無線機の特徴は、折り畳み式携帯無線機の板状導体３及び板状導体４を使用した受信合成方式と、板状導体３又は板状導体４のいずれかを通話状態に連動して選択し、選択された板状導体（例えば、板状導体３）と板状導体１を所定の位相差を設けて給電する選択組合せ給電方式とを用いることにより、下り通信の高速伝送を実現することに加え、指向性制御を行うことによって必要とする方向の電波に高いアンテナ放射効率を確保することができる。

なお、実施の形態１による携帯無線機の受信合成は適応合成としているが、これに限らず、最大比合成や適応等価合成など受信性能を改善する合成方式であれば、どのような合成方式であっても実施の形態１と同様な効果が得られることは云うまでもない。また、実施の形態１では、折り畳み式携帯無線機を例に挙げて説明したが、折り畳み式携帯無線機に限らず、スライド式の携帯無線機や組立て固定式の携帯電話機などどのような構造の携帯電話機であっても、実施の形態１と同様な作用効果が得られることは云うまでもない。

＜実施の形態２＞
図６は、本発明の実施の形態２における折り畳み式携帯電話機の構成図であり、（ａ）は折り畳み式携帯電話機を背面から見た背面透視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。図６に示す携帯電話機は、図１に示す携帯電話機に対して、板状導体１の系統に送受共用器３０が追加され、さらに、この送受共用器３０の受信系統に受信回路（受信部）３１が追加されたものである。それ以外の構成要素は図１と同じであって同一の符号が付してある。したがって重複する説明は省略する。

図６において、送信回路２５から電力分配器１８によって高周波信号が分配され、一方は、移相器１７及び送受共用器３０を介して整合回路１２から板状導体１に給電される。また、他方は、高周波スイッチ１９の一方の接点より送受共用器２０を介して整合回路１１から板状導体３に給電され、高周波スイッチ１９の他方の接点より送受共用器２１を介して整合回路１３から板状導体４に給電される。

一方、受信系では、板状導体３の一端に設けられた給電点１４から整合回路１１を介して送受共用器２０の受信側から受信信号を取り出し、受信回路２２によって増幅される。また、板状導体４の一端に設けられた給電点１６から整合回路１３を介して送受共用器２１の受信側から受信信号を取り出し受信回路２３によって増幅される。さらに、板状導体１の一端に設けられた給電点１５から整合回路１２を介して送受共用器３０の受信側から受信信号を取り出し受信回路３１によって増幅される。さらに、受信回路２２、受信回路２３、及び受信回路３１によって増幅された各受信信号は、復調部２４によって所定の重み付け係数が掛けられて信号合成される。

次に、図６のように構成された携帯電話機のアンテナ動作について説明するが重複する説明は省略する。送信を行う場合は、前述の実施の形態１と同様の動作が行われて同様の効果が得られる。一方、受信を行う場合は、板状導体３、板状導体４、及び板状導体１によってそれぞれ受信された高周波信号は、それぞれの受信回路２２、受信回路２３、及び受信回路３１によって増幅される。そして、増幅されたそれぞれの受信信号は、復調器２４において例えばアンテナからの受信状態に合わせて所定の重み付けが行われ、さらに各受信信号の位相が適宜に調整されて高周波信号が合成される。したがって、３つのアンテナ（つまり、板状導体１、板状導体３、及び板状導体４）からの受信状態に応じて合成受信ダイバーシチを行うために受信性能を高くすることができるので、下り通信の高速伝送を実現することが可能となる。

実施の形態２のように構成された携帯電話機は、受信系では３系統の受信信号の適応合成を行うことによって受信性能を良好にすることで下り通信の高速伝送を実現して、送信系では様々な使用状態において、電波の指向性制御を行って良好な通信性能を確保することができる。

以上説明したように、実施の形態２における折り畳み式携帯電話機は、板状導体３、板状導体４、及び板状導体１を使用した受信合成方式と、板状導体３又は板状導体４を通話状態に連動して選択することにより、選択された板状導体（例えば、板状導体３）と板状導体１を所定の位相差を持った信号で給電する選択組合せ給電方式とを用いることにより、下り通信の高速伝送を実現することに加え、指向性制御を行うことによって必要とする方向の電波に高いアンテナ放射効率を確保することができる。

＜実施の形態３＞
図７は、本発明の実施の形態３における折り畳み式携帯電話機の構成図であり、（ａ）は折り畳み式携帯電話機を背面から見た背面透視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’断面図である。図７に示す携帯電話機は、図６に示す携帯電話機における高周波スイッチ１９、電力分配器１８、及び移相器１７を削除し、新たに３系統に信号を分配する電力分配器４０、移相器４１、及び移相器４２が追加されたものである。それ以外の構成要素は図６と同一の構成要素であって同一の符号が付されている。したがって、図１や図６に示す携帯電話機と重複する説明は省略する。

図７において、送信系の場合は、送信回路２５から電力分配器４０によって高周波信号が三系統に分配され、第１の系統は移相器４１及び送受共用器２０を介して整合回路１１から板状導体３へ給電される。また、第２の系統は移相器４２及び送受共用器２１を介して整合回路１３から板状導体４に給電される。さらに、第３の系統は送受共用器３０を介して整合回路１２から板状導体１へ給電される。

次に、図７のように構成された実施の形態３の携帯電話機のアンテナ動作について説明する。図８は、図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図あって、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を１８０度遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を９０度遅らせたときの電波の放射特性を示している。すなわち、携帯電話機を左手に持って通話するときは、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を１８０度遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を９０度遅らせるように移相器４１及び移相器４２の位相が決定される。なお、このような位相角度に制御を行うための信号は、携帯電話機を左手に持つことによって、重力センサ２６による携帯電話機の角度情報、または復調器２４で検出した受信レベルなどによって自動的に決定される。

この場合の放射パターンは、図８に示すように、−Ｘ方向（つまり、頭部から離れる方向）の電波が最大利得となり、＋Ｘ方向（頭部の方向）の電波は最も小さくなっている。さらに、＋Ｙ方向（つまり、肩から離れる方向）に電波の指向性を制御することができる。すなわち、図２に示すような通話状態において、使用者が携帯電話器を左手に持って通話した場合には、頭部方向（Ｘ軸の方向）の放射を極端に低減させることができると共に頭部及び肩とは反対方向（−Ｘ軸の方向とＹ軸の方向）について電波の指向性を制御することができる。その結果、−３ｄＢと高い放射効率が得られ、指向性の制御を行わない場合に比較して通話状態における放射効率を３ｄＢ高くすることができる。

図９は、図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図であって、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を９０度遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を１８０度遅らせたときの電波の放射特性を示している。すなわち、携帯電話機を右手に持って通話するときは、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を９０度遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を１８０度遅らせるように移相器４１及び移相器４２の位相が決定される。この場合の放射パターンは、図９のように、−Ｘ方向（つまり、頭部から離れる方向）の電波が最大利得となり、＋Ｘ方向（頭部の方向）の電波は最も小さくなっている。さらに、−Ｙ方向（つまり、肩から離れる方向）に電波の指向性を制御することができる。すなわち、図２に示すように使用者が携帯電話を右手に持って通話した場合には、頭部方向の放射強度が極端に低減されると共に、頭部及び肩方向の反対方向に電波の指向性を制御することができる。その結果、−３ｄＢと高い放射効率が得られ、指向性制御を行わない場合に比較して通話状態における放射効率を３ｄＢ高くすることができる。

図１０は、図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図であって、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を９０°遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を２７０度遅らせるように移相器４１及び移相器４２の位相が決定されたときのＸ−Ｙ面の放射特性を示している。図１０に示すように、携帯電話機を左手に持った操作状態のときの放射パターンは、＋Ｙ方向に最大利得が得られるように電波の指向性を制御することができる。例えば、図３に示すような操作状態において、＋Ｙ方向に公衆基地局がある場合に良好な通信性能が得られる。

図１１は、図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図であって、板状導体１に対して板状導体３の給電位相を２７０°遅らせ、板状導体１に対して板状導体４の給電位相を９０°遅らせるように移相器４１及び移相器４２の位相が決定されたときのＸ−Ｙ面の放射特性を示している。図１１のように、携帯電話機を右手に持った操作状態のときの放射パターンは、−Ｙ方向に最大利得が得られるように電波の指向性を制御することができる。例えば、図３に示すような操作状態において、−Ｙ方向に公衆基地局がある場合に良好な通信性能が得られる。

すなわち、本発明の実施の形態３の携帯電話機によれば、板状導体３及び板状導体４の給電位相を携帯電話機の使用状態や受信状態に応じて自動的に変えながら電波の指向性を制御することにより、様々な指向性に制御することが可能となる。これにより、携帯電話機の使用状態に応じて常に最適な送信性能となるように指向性の制御を行うことが可能となるので、従来の携帯電話機に比べて送信性能を一段と向上させることができる。一方、受信を行う場合は、実施の形態２と同様な動作を行うことによって同様な効果を得ることができる。

また、実施の形態３のように構成された携帯無線機では、受信系においては３系統の受信信号の適応合成によって受信性能を良好にすることにより下り通信の高速伝送を実現することができる。また、送信系では様々な使用状態において、電波の指向性を制御することによって常に良好な通信性能を確保することができる。

以上説明したように、本発明の各実施形態における携帯無線機は、受信系では携帯無線機の板状導体３、板状導体４、及び板状導体１を使用した受信合成方式を用い、送信系では板状導体１に対して板状導体３及び板状導体４を通信状態に適応して位相差給電することによって、下り通信の高速伝送を実現することに加えて高いアンテナ放射効率を確保することができる。

本発明によれば、携帯無線機が使用者の手で保持される様々な使用状態において、下り通信の高速伝送を実現しながら高いアンテナ放射効率を確保できるので、折り畳み型構造を有する携帯電話機に限らず、あらゆる構造の携帯電話機に適用して通信性能を向上させることができる。

（ａ）本発明の実施の形態１における折り畳み式携帯電話機の背面透視図、 （ｂ）本発明の実施の形態１における折り畳み式携帯電話機のＡ−Ａ’断面図 図１に示す折り畳み式携帯電話機の通話状態を示す図 図１に示す折り畳み式携帯電話機の操作状態を示す図 （ａ）図１に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図、 （ｂ）図１に示す折り畳み式携帯電話機のＹ−Ｚ面の放射特性図 （ａ）図１に示す折り畳み式携帯電話機の電波のＸ−Ｙ面の放射特性図、 （ｂ）図１に示す折り畳み式携帯電話機の電波のＹ−Ｚ面の放射特性図 （ａ）本発明の実施の形態２における折り畳み式携帯電話機の背面透視図、 （ｂ）本発明の実施の形態２における折り畳み式携帯電話機のＢ−Ｂ’断面図 （ａ）本発明の実施の形態３における折り畳み式携帯電話機の背面透視図、 （ｂ）本発明の実施の形態３における折り畳み式携帯電話機のＣ−Ｃ’断面図 図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図 図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図 図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図 図７に示す折り畳み式携帯電話機のＸ−Ｙ面の放射特性図

符号の説明

１、３、４ 板状導体
２ グラウンド板
５ 上ケース
６ 下ケース
７ ヒンジ部
８、９、１０ 給電線
１１、１２、１３ 整合回路
１４，１５、１６ 給電点
１７、４１、４２ 移相器
１８、４０ 電力分配器
１９ 高周波スイッチ
２０、２１、３０ 送受共用器
２２、２３、３１ 受信回路
２４ 復調器
２５ 送信回路
２６ 重力センサ
３５ 表示部
５１ 折り畳み式携帯電話機

Claims (7)

1. 複数のアンテナ素子を組み合わせて電波の送受信を行う携帯無線機であって、
   筐体の長辺に沿って配置された第１のアンテナ素子と、
   前記筐体の長辺に沿って配置され、前記第１のアンテナ素子と励振位相が異なる第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子の励振位相と第２のアンテナ素子又は第３のアンテナ素子の励振位相との位相差を変化させて放射指向性のパターンを制御する送信系制御手段と、
   前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、及び前記第３のアンテナ素子の受信状態に応じて受信信号の適応合成を行う受信系制御手段と、
   を備えることを特徴とする携帯無線機。
2. 前記送信系制御手段は、
   前記筐体の内部に設けられた基板に実装され、高周波信号を出力する送信部と、
   前記送信部から出力された高周波信号を前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、及び前記第３のアンテナ素子へ電力分配する電力分配部と、
   前記第１のアンテナ素子の励振位相と前記第２のアンテナ素子又は前記第３のアンテナ素子の励振位相との位相差を変化させる移相部とを備え、
   前記受信系制御手段は、
   前記筐体の内部に設けられた基板に実装され、受信系に寄与する複数のアンテナ素子から高周波信号を受信して増幅する複数の受信部と、
   前記複数の受信部から出力された高周波信号に所定の重み付けをして信号の適応合成を行う合成部とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機。
3. 前記複数の受信部は、前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、及び前記第３のアンテナ素子からそれぞれ個別に高周波信号を受信するように３個の受信部で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の携帯無線機。
4. 前記３個の受信部は、それぞれ、１つのアンテナ素子を送信系と受信系で共用するための送受共用部を経由して、前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、及び前記第３のアンテナ素子からそれぞれ個別に高周波信号を受信することを特徴とする請求項３に記載の携帯無線機。
5. 前記送信系制御手段は、さらに、携帯無線機の使用状態に応じて前記高周波信号の分配経路を選択的に切替える選択切替え部を備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の携帯無線機。
6. 前記送信系制御手段は、さらに、携帯無線機の傾き角度によってその携帯無線機の使用状態を検出する傾き検出部を備え、
   前記傾き検出部が、自己の検出結果に応じて、前記移相部に対して位相差を可変制御させると共に前記選択切替え部に対して前記高周波信号の分配経路を選択的に切替えさせることを特徴とする請求項５に記載の携帯無線機。
7. 前記筐体は、上部筐体と下部筐体とがヒンジ部で連結された開閉自在な機構を有する折り畳み式の構造であり、前記第１のアンテナ素子、前記第２のアンテナ素子、及び前記第３のアンテナ素子は、前記上部筐体の表示部の背面側に筐体長辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の携帯無線機。

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