JP2006080953A - アンテナ装置およびこれを用いた移動体無線機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はアンテナ装置およびこれを用いた移動体無線機器に関するものであり、アンテナ装置の放射特性における指向性を低減し、さらにはこのアンテナ装置を用いた移動体無線機器の利便性を高めることを目的とする。
【解決手段】２つのアンテナ素子をスイッチ回路により適宜平衡型アンテナ或いは不平衡型アンテナとして切り換えるとともに、地板の形状を巨視的に矩形形状とし、２つのアンテナ素子が並設された地板の一辺を短辺とし、この短辺の長さをａ、長辺の長さをｂ、前記第１，第２のアンテナ素子の基本設定周波数に対応する波長をλ₁、第１，第２のアンテナ素子の利用周波数帯域における最高周波数に対応する波長をλ₂、第１，第２のアンテナ素子の電気長をθ，第１，第２のアンテナ素子の物理長をＬとし以下の（１）乃至（４）の条件を満たした構成としたのである。
（１） θ＝λ₁／４
（２） Ｌ＜θ
（３） ２Ｌ＜ａ＜ｂ
（４） ａ／２＜λ₂／４
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯機器などの移動体無線機器に用いられるアンテナ装置およびこれを用いた移動体無線機器に関するものである。

近年、移動体無線機器においてはその多機能化が進められており、例えば携帯電話であればその付加機能としてＴＶ電波信号を受信し携帯電話に設けられた液晶画面にて視聴できるようになっている。

そして、このように移動体無線機器に付加無線機能を付加するにあたっては、その機器形状が大型化することを極力避けなければならず、この付加無線機能を付加するためのアンテナ装置も必然的に小型なものが要求されるため、従来、平衡型や不平衡型のアンテナ装置が単一で採用されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００１−２５１１３１号公報

しかしながら、このような平衡型や不平衡型のアンテナ装置では、その構成部品となるアンテナ素子が所定の放射特性を有しているため、移動体無線機器において安定した受信感度を得るためには、その受信状態に合わせて移動体無線機器の向きを変更しなければならず利便性の悪いものとなっていた。

そこで、本発明はこのような問題を解決すべく、アンテナ装置の放射特性における指向性を低減し、さらにはこのアンテナ装置を用いた移動体無線機器の利便性を高めることを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、移動体無線機器に用いられるアンテナを地板に並設された２つのアンテナ素子で形成し、この２つのアンテナ素子をスイッチ回路により適宜平衡型アンテナ或いは不平衡型アンテナとして切り換えるとともに、地板の形状を巨視的に矩形形状とし、２つのアンテナ素子が並設された地板の一辺を短辺とし、この短辺の長さをａ、長辺の長さをｂ、前記第１，第２のアンテナ素子の基本設定周波数に対応する波長をλ₁、前記第１，第２のアンテナ素子における利用周波数帯域における最高周波数に対応する波長をλ₂、前記第１，第２のアンテナ素子の電気長をθ、前記第１，第２のアンテナ素子の物理長をＬとし以下の（１）乃至（４）の条件を満たした構成としたのである。
（１） θ＝λ₁／４
（２） Ｌ＜θ
（３） ２Ｌ＜ａ＜ｂ
（４） ａ／２＜λ₂／４

この構成によれば、アンテナ装置の放射特性における指向性が低減でき、移動体無線機器の利便性を高めることが出来るのである。

以下、本発明の一実施の形態について、図を用いて説明する。

図１は移動体無線機器の一例であるテレビ機能付き携帯電話のブロック図であり、基本的に電話機能ブロック１とテレビ機能ブロック２と演算処理ブロック３とスピーカ部４、マイク部５、キー操作部６、モニタ部７で形成されている。

さらに詳述すれば、電話機能ブロック１は送受信信号を受発信するアンテナ装置８と、このアンテナ装置８の後段に位置する送受信信号の分波用のデュプレクサ９と、デュプレクサ９における受信側の後段に位置し受信信号を高周波領域において処理する受信回路ブロック１０と、デュプレクサ９における送信側の後段に位置し送信信号を高周波領域において処理する送信回路ブロック１１により構成されている。

また、テレビ機能ブロック２はＴＶ信号を受信するアンテナ装置１２と、このアンテナ装置１２の後段に位置するチューナーブロック１３により構成されている。

そして、このテレビ付き携帯電話においてはＴＶ信号を受信するアンテナ装置１２が、図２に示されるごとく携帯電話の筺体内に設けられ巨視的に矩形状であるグランド導体（以下、地板と称する）１４の一辺に対して平行に配置された２つのアンテナ素子１５，１６がリアクタンス素子の一種であるインダクタ素子１７を介して接続された平衡型アンテナが設けられ，地板１４の側にはこのインダクタ素子１７と結合し平衡型アンテナで受けた平衡型信号を不平衡型信号に変換するいわゆるバランを形成する他方のインダクタ素子１８が配置された構成となっている。なお、平衡型信号を不平衡型信号に変換する回路としては、ここで挙げたバラン以外にも特に図示はしていないがトランスや移相器を用いた一般的な回路構成を転用することが出来るものである。

また、インダクタ素子１８の一端側は受信信号を後段のチューナーブロック１３に出力する出力経路１９として使用され、他端は地板１４に接続された構成となっている。

そして、インダクタ素子１７の一端側にはアンテナ素子１５をインダクタ素子１７或いはアンテナ素子１５の一端を出力経路１９に接続するバイパス導体２０に選択的に接続するＳＰＤＴ型のスイッチ素子２１が設けられ、インダクタ素子１８の一端側には出力経路１９をインダクタ素子１８或いはバイパス導体２０に選択的に接続するＳＰＤＴ型のスイッチ素子２２が設けられており、これらのスイッチ素子２１，２２によりスイッチ回路２３を構成することにより、２つのアンテナ素子１５，１６で平衡型アンテナと不平衡型アンテナの２種類のアンテナとして活用することが可能となるのである。

すなわち、スイッチ回路２３を形成する２つのスイッチ素子２１，２２を共に対応するインダクタ素子１７，１８に接続すれば、アンテナ素子１５，１６がインダクタ素子１７を介して接続されるとともに出力経路１９もインダクタ素子１８を介して地板１４に接続されるので、２つのアンテナ素子１５，１６がインダクタ素子１７，１８で形成されたバラン形成部分を給電部２４として接続された平衡型アンテナが形成される。

一方、２つのスイッチ素子２１，２２を共にバイパス導体２０に接続すればアンテナ素子１５はバイパス導体２０を介して出力経路１９に接続されるとともに、残るアンテナ素子１６及びインダクタ素子１７，１８がアンテナ素子１５から出力経路１９に至る経路から分離され無給電素子となるので、アンテナ素子１５の一端が給電部２５を介して地板に接続された不平衡型アンテナが形成されるのである。

また、このように用いられるアンテナ素子１５，１６は巨視的に矩形状である地板１４の一短辺に沿って設けられたものであり、アンテナ素子１５，１６自体もヘリカル型やミアンダ型といったアンテナ素子１５，１６の物理長Ｌがそれぞれ電気長θより短くなるように設定された構成となっている。なお、それぞれのアンテナ素子１５，１６の電気長θは利用する無線システムに応じた基本設定周波数に対応する波長λ₁の１／４に相当するよう設定されている。

さらに、地板１４の形状に関しても地板１４の短辺の長さａが２つのアンテナ素子１５，１６の物理長Ｌの和（２Ｌ）より大きく、かつ地板１４の短辺における半分の長さ（ａ／２）を利用する無線システムの周波数帯域における最高周波数に対応する波長λ₂の１／４より小さくなるように設定されている。

なお、これらの構成要件は下記（１）乃至（４）の式により表されることになる。
（１） θ＝λ₁／４
（２） Ｌ＜θ
（３） ２Ｌ＜ａ＜ｂ
（４） ａ／２＜λ₂／４
そして、上述したアンテナ装置においてこのような限定を加えることにより、２つのアンテナ素子１５，１６を用いて平衡型アンテナを形成した場合、その放射特性は図３で示すように、アンテナ素子１５，１６の延伸方向に対して垂直な方向にその放射領域２６が現れるのであるが、アンテナ素子１５を用いて不平衡型アンテナを形成した場合、図４で示すように、アンテナ素子１５の延出方向にその放射領域２７が現れることとなり、これらの平衡型アンテナと不平衡型アンテナをスイッチ回路２３により適宜切り換えることによりアンテナ装置の放射特性における指向性を低減することが出来るのである。

すなわち、アンテナ素子１５を不平衡型アンテナとして使用した場合に、その放射領域２７がアンテナ素子１５の延出方向に現れるのは、不平衡型アンテナの特徴としてアンテナ素子１５が直接電波を受信するのではなく地板１４が受信し、その受信した信号により励起された電流２８がアンテナ素子１５を含めて共振することと、不平衡型アンテナを形成するアンテナ素子１５において、地板１４とアンテナ素子１５が対向配置されている領域では互いに流れる電流の位相が反転していることからその領域における放射特性が生じ難い状況となるため、アンテナ素子１５の物理長Ｌを電気長θより短くすることで、地板１４においての電流２８が励起される領域においてアンテナ素子１５と非対向な領域を確保し、地板１４の短辺における半分の長さ（ａ／２）を利用する無線システムの周波数帯域における最高周波数に対応する波長λ₂の１／４より小さくなるように設定することで、アンテナ素子１５が地板１４の一短辺に設けられる際、アンテナ素子１５の給電部２５から近接する地板１４の長辺に至る距離が無線システムの周波数帯域における最高周波数に対応する波長λ₂の１／４より短くなるため、先に述べた放射特性を有するアンテナ素子１５の非対向領域は地板１４の長辺側に回り込み、地板１４の長辺が励振するようになりアンテナ素子１５の延伸方向に放射特性が形成されると考えられ、この点については実際に矩形状の地板１４において一辺の長さが長い長辺側で受信することが現象的に確認されている。

よって、アンテナ装置においてスイッチ回路２３を制御することにより、アンテナ素子１５，１６の使用形態を選択できるので、結果としてアンテナ装置の指向性を低減することが出来るのである。

なお、このような移動体無線機器においては筐体内においてアンテナ素子１５，１６部分だけが他の部分より飛び出すような形状は好ましくないため、地板１４の短辺に平行に設けられ一直線上に配置された２つのアンテナ素子１５，１６の物理長Ｌの和（２Ｌ）を地板１４の短辺の長さａより小さくすることが望ましく、さらにはアンテナ装置の放射特性を考慮すれば２つのアンテナ素子１５，１６の物理長和（２Ｌ）と地板１４の短辺の長さａを同時に設定することが望ましいものとなるのである。

また、このスイッチ回路２３を形成するスイッチ素子２１，２２の切換制御は図１に示されるように、アンテナ装置の後段に設けられたチューナーブロック１３内に検知部２９を設け、この検知部２９によってアンテナ装置から出力された受信信号の信号レベルを判断し、この判断結果に基づき各スイッチ素子２１，２２のオン−オフを制御するスイッチ制御信号３０を制御し、アンテナ素子１５，１６の使用形態を選択しアンテナ装置の指向性を決めることにより、安定したＴＶ信号の受信レベルを維持することが出来るのである。

なお、この検知部２９で得た検知信号を用いたスイッチ制御信号３０の形成方法としては実装部品を用いたハードウェア処理による手法とマイクロプロセッサを用いたソフトウェア処理による手法に大別され、前者のハードウェア処理による手法であれば、通常、図５に示すように検知信号３１の電圧をコンバレータ３２を用いて基準電圧Ｖｔと比較し、結果をＮＯＴ演算子３３を用いて反転処理を施し、さらにＥｘ−ＯＲ演算子３４を用いて、図６に示すように受信レベルが低い時のみスイッチ回路２３の接続状態を切り換えるスイッチ制御信号３０を形成することが出来る。

ただし、この手法においては制御タイミングを図るパルス入力が出来ないため、検知信号３１の応答よりも速い速度で図２に示されるスイッチ回路２３の接続状態が切り換えられてしまい、チューナーブロック１３からの出力動作が不安定になることが予期される。

よって、このハードウェア処理による手法においては図７に示されるようＮＯＴ演算子３３により反転された信号をＪＫフリップフロップ３５の２つの入力ポートＪ，Ｋに入力し、図８に示されるよう両入力ポートＪ，Ｋに０が入力された場合に出力状態を維持し、１が入力された場合に出力状態を反転させることで、図９に示されるよう受信レベルが低い場合のみアンテナ装置における平衡−不平衡の選択状態が初期状態から反転され、常に受信レベルが高い状態を維持することが出来るとともに、ＪＫフリップフロップ３５を用いた場合には、パルス発振器３６により得られるクロックに同期させることが出来るので、パルス発振器３６により得られるクロックを検知信号３１の応答速度よりも遅く設定することで、先に述べた図５に示されたものとは異なり安定した動作が得られるのである。

また、後者であるソフトウェア処理による手法であれば、図１０に示されるよう検知部２９から出力された検知信号３１をコンパレータ３２を用いて受信レベルを判定した情報３８と、チューナーブロック１３に設けられた復調器３７から得られるＢＥＲ（ビットエラーレート）情報３９をマイクロプロセッサ４０により処理するもので、このマイクロプロセッサ４０に組み込む処理のフローチャートを図１１に示す。

このフローチャートによれば、先ず受信レベルの状態を判断し、次いでＢＥＲ状態を判断し、これらの判定結果に基づきスイッチ制御信号３０の出力状態をソフトウェア的に制御するもので、受信レベルが高い場合はスイッチ回路２３の接続状態をそのまま維持し再度検知を行い、受信レベルが低ければ次いでＢＥＲ情報を確認させる。そして、ＢＥＲの状態が良ければスイッチ回路２３の接続状態を維持し再度検知に戻し、ＢＥＲの状態が悪ければスイッチ回路２３の接続状態を切り換え再度検知を行う構成としており、このようにスイッチ回路２３の切り換え判定を受信レベル情報による判定とＢＥＲ情報による判定の２段階にすることにより無駄な処理を省くことが出来るのである。

本発明に係るアンテナ装置およびこれを用いた移動体無線機器によれば、アンテナ装置の放射特性における指向性を低減することが出来るという効果を表し、特に移動体無線機器において有用となる。

移動体無線機器を示したブロック図 本発明の一実施形態における移動体無線機器に用いられるアンテナ装置を示す模式図 同アンテナ装置を平衡型アンテナとして用いた際の動作状態を示す図 同アンテナ装置を不平衡型アンテナとして用いた際の動作状態を示す図 同アンテナ装置におけるスイッチ制御信号の出力制御を示すブロック図 同出力制御におけるＥｘ−ＯＲ演算子の制御体系を示す図 他の出力制御を示すブロック図 同出力制御におけるＪＫフリップフロップの制御体系を示す図 同出力制御の制御体系を示す図 さらに他の出力制御を示すブロック図 同出力制御のフローチャート

符号の説明

３ 演算処理ブロック
４ スピーカ部
５ マイク部
６ キー操作部
７ モニタ部
９ デュプレクサ
１０ 受信回路ブロック
１１ 送信回路ブロック
１３ チューナーブロック
１４ 地板
１５，１６ アンテナ素子
１７，１８ インダクタ素子（リアクタンス素子）
２０ バイパス導体
２１，２２ スイッチ素子
２３ スイッチ回路
２４，２５ 給電部
２９ 検知部

Claims (5)

1. 地板と、この地板の一辺に対して平行に配置された第１，第２のアンテナ素子と、前記第１，第２のアンテナ素子を第１の給電部を介して接続し平衡型アンテナとして利用するか、前記第１のアンテナ素子を前記地板に第２の給電部を介して接続し不平衡型アンテナとし前記第２のアンテナ素子を無給電素子とするかを選択するスイッチ回路を備え、前記地板は巨視的に矩形形状であり、前記第１，第２のアンテナ素子が配置された前記地板の一辺を短辺とし、この短辺の長さをａ、長辺の長さをｂ、前記第１，第２のアンテナ素子の基本設定周波数に対応する波長をλ_１、前記第１，第２のアンテナ素子における利用周波数帯域における最高周波数に対応する波長をλ_２、前記第１，第２のアンテナ素子の電気長をθ、前記第１，第２のアンテナ素子の物理長をＬとし以下の（１）乃至（４）の条件を満たしたことを特徴とするアンテナ装置。
   （１） θ＝λ_１／４
   （２） Ｌ＜θ
   （３） ２Ｌ＜ａ＜ｂ
   （４） ａ／２＜λ_２／４
2. 第１，第２のアンテナ素子を平衡型アンテナとして利用する際は、前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子を第１の給電部を部分的に形成する第１のリアクタンス素子を介して接続するとともに、前記第１のリアクタンス素子と結合し前記第１の給電部を形成する第２のリアクタンス素子を設け、前記第１の給電部を介して信号を出力する構成とし、第１のアンテナ素子を不平衡型アンテナとして利用する際は、第１，第２のリアクタンス素子を前記第１のアンテナ素子から分離し前記第１のアンテナ素子を地板に第２の給電部を介して接続し、この第２の給電部から信号を出力する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 第１のアンテナ素子における第１のリアクタンス素子に接続される側の端部と第２のリアクタンス素子の信号を出力する側の端部との間にバイパス導体を設けるとともに、スイッチ回路を前記第１のアンテナ素子の端部に前記第１のリアクタンス素子或いは前記バイパス導体を選択的に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のリアクタンス素子から信号が出力される出力経路に前記第２のリアクタンス素子或いは前記バイパス導体を選択的に接続する第２のスイッチ素子とで構成したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 平衡型アンテナ或いは不平衡型アンテナから出力された信号の出力レベルを検出する検知部を設け、この検知部の検知結果に基づきスイッチ回路を作動させることを特徴とした請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 第１のアンテナ装置と、この第１のアンテナ装置に接続されたデュプレクサと、このデュプレクサの送信側に接続された送信回路ブロックと、前記デュプレクサの受信側に接続された受信回路ブロックと、前記送信回路ブロック及び前記受信回路ブロックに接続された演算処理ブロックと、この演算処理ブロックに接続されたスピーカ部、マイク部、モニタ部およびキー操作部と、前記演算処理ブロックにチューナーブロックを介して接続された第２のアンテナ装置とを備え、前記第２のアンテナ装置は地板と、この地板の一辺に対して平行に配置された第１，第２のアンテナ素子と、前記第１，第２のアンテナ素子を直列接続して平衡型アンテナとして利用するか、前記第１のアンテナ素子を前記地板に接続し不平衡型アンテナと前記第２のアンテナ素子を無給電素子とするかを選択するスイッチ回路を備え、前記地板は巨視的に矩形形状であり、前記第１，第２のアンテナ素子が配置された前記地板の一辺を短辺とし、この短辺の長さをａ、長辺の長さをｂ、前記第１，第２のアンテナ素子の基本設定周波数に対応する波長をλ_１、前記第１，第２のアンテナ素子における利用周波数帯域における最高周波数に対応する波長をλ_２、前記第１，第２のアンテナ素子の電気長をθ、前記第１，第２のアンテナ素子の物理長をＬとし以下の（１）乃至（４）の条件を満たしたことを特徴とする移動体無線機器。
   （１） θ＝λ_１／４
   （２） Ｌ＜θ
   （３） ２Ｌ＜ａ＜ｂ
   （４） ａ／２＜λ_２／４

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