JP2007096628A - 無線送信回路、無線送信機、無線通信回路及び無線通信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な制御で端末の実際の通信状態に適したマッチング回路を選択できる無線送信回路、無線通信回路、無線送信機及び無線通信装置を提供する。
【解決手段】 無線信号を少なくとも大気中に送出するためのアンテナ１と、アンテナ１へ電気信号を出力するＬＳＩ８と、アンテナ１において反射された電気信号の反射波をＬＳＩ８とは別の経路に導くカプラ５と、カプラ５を介してアンテナ１から入力された反射波の強度を検出するＬＳＩ８と、反射波の強度の検出結果に応じて、アンテナ１と電気信号とのインピーダンスマッチングをとるためのマッチング回路を、特性の異なる複数のマッチング回路群から選択するＬＳＩ８とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信環境に応じて最適なアンテナマッチング回路を選択するアンテナマッチング回路自動切換装置を備えた無線送信回路、無線送信機、無線通信回路及び無線通信機に関し、特に、実際の通信環境に応じて最適なアンテナマッチング回路を選択できるアンテナマッチング回路自動切換装置を備えた無線送信回路、無線送信機、無線通信回路及び無線通信機に関する。

図３に、従来の無線回路の構成を示す。無線回路は、アンテナ１、アンテナマッチング回路２、アンテナスイッチ３、受信回路４、送信回路６及びＬＳＩ８を有する。
アンテナ１は、特定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換するとともに、ＬＳＩ８から送られてきた電気信号を電磁波に変換して大気中に送出する。アンテナマッチング回路２は、アンテナ１が電磁波を効率良く送受信できるようにするためにインピーダンスマッチングを行う回路である。アンテナスイッチ３は、アンテナ１を受信回路４及び送信回路６のいずれか一方に接続する。受信回路４は、アンテナ１から入力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換してＬＳＩ８へ出力する回路である。送信回路６は、ＬＳＩ８から入力されたデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換してアンテナ１へ出力する回路である。ＬＳＩ８は、デジタル電気信号を処理する。

上記の構成では、アンテナマッチング回路２は、人体に近接した状態で使用した場合にアンテナ特性が最適となる「人体マッチング回路」か、人体とは離れた状態で使用した場合にアンテナ特性が最適となる「非人体マッチング回路」か、またはこれらの中間の特性を示すマッチング回路として設計されていた。

アンテナマッチング回路２を「人体マッチング回路」として設計した場合には、人体頭側などでの使用中のアンテナ特性は良好となるが、机上などにおいた状態で使用中や、待ち受け中などにはアンテナ特性が劣化する。逆に、アンテナマッチング回路２を「非人体マッチング回路」として設計した場合には、机上などにおいた状態で使用中や、待ち受け中などにはアンテナ特性は良好となるが、人体頭側などでの使用中にはアンテナ特性が劣化する。さらに、「人体マッチング回路」と「非人体マッチング回路」との中間の特性を示すように設計した場合には、いずれの使用状態でも今ひとつのアンテナ特性となる。

よって、上記構成においては、人体頭側などでの使用時及び机上などにおいた状態で使用時や待ち受け時のいずれにおいても最適なアンテナ特性を確保することは困難である。最適なアンテナ特性を確保できない場合、弱電界の場所（海や山などの郊外）において緊急時（災害や事故発生時）に携帯電話機を使用できないという事態を招きかねない。

また、アンテナとのインピーダンス不整合によりロスが発生するため、より大きい送信電力が必要となり、消費電力が増加し、通話時間が短くなるなどの非効率的な通信環境となってしまう。

このような問題を解決することを目的とした従来技術として、特許文献１に開示される「アンテナ・インピーダンス変化の補償可能な携帯電話機」、特許文献２に開示される「携帯通信装置」、特許文献３に開示される「アンテナ回路及び無線送受信装置」、特許文献４に開示される「携帯無線機」、特許文献５に開示される「アンテナ整合調整回路」、及び、特許文献６に開示される「通信カード、及び通信機器」がある。
特開２００１−０７７７１９号公報 特開２００２−０７６９８２号公報 特開２００４−３０４５２１号公報 特開平０９−０８３４０３号公報 特開平１１−２５１９５６号公報 再特ＷＯ２００２／０６９１２２号公報

特許文献１に開示される発明は、音声信号の有無を検出してアンテナ整合回路を切り換える構成である。近年の携帯電話端末は、人体に接近した状態でなくても通話できる機能（テレビ電話機能、ハンズフリー通話機能）を備えたものも多いため、特許文献１に開示される発明では、携帯電話端末を使用する状況によっては最適なアンテナ特性となるアンテナ整合回路に切り換えられないことがある。

特許文献２に開示される発明は、イヤホンマイクが装着されたことを検出してインピーダンス整合を切り替える構成である。だが、人体に接近していない状態で使用される場合に必ずしもイヤホンマイクが装着されるわけではないから、特許文献２に開示される発明では、携帯電話端末を使用する状況によっては最適なアンテナ特性となるアンテナ整合回路に切り換えられないことがある。

特許文献３に開示される発明は、携帯電話機が待ち受け状態、通常の音声通話状態及びハンズフリー通話状態のいずれにあるかを検出してマッチング回路を切り替える構成である。しかし、これらのいずれの状態にあっても、アンテナのインピーダンスは常に一定であるわけではない。例えば、同じ待ち受け状態であっても、携帯電話機を衣服のポケットに入れている場合と、鞄の中に入れている場合とではアンテナのインピーダンスは異なってくる。また、音声通話中に何らかの事情で携帯電話機を一時的に人体から離した場合には、アンテナのインピーダンスが変化する。よって、特許文献３に開示される発明では、携帯電話端末を使用する状況によっては最適なアンテナ特性となるアンテナ整合回路に切り換えられないことがある。

特許文献４に開示される発明は、各々異なるインピーダンス整合をとる複数の整合器を備え、前回選択した整合器による反射電力と、今回選択した整合器による反射電力とを比較して、反射電力が小さい方を実際に用いる構成である。しかし、このような構成とするためには、前回どの整合器を選択したのかを表す情報を記録するメモリが不可欠であるから、回路構成や制御が複雑となってしまう。

特許文献５や特許文献６に開示される発明は、単数のアンテナ整合回路の定数を反射波のレベルに応じて調整する構成である。このような構成では、制御アルゴリズムが複雑化してしまう。

このように、従来は、端末の実際の通信状態に適したマッチング回路が選択されない可能性があると共に、インピーダンスマッチングのための制御が複雑になってしまうという問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な制御で端末の実際の通信状態に適したマッチング回路を選択できる無線送信回路、無線通信回路、無線送信機及び無線通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、無線信号を少なくとも大気中に送出するためのアンテナと、アンテナへ電気信号を出力する信号生成手段と、アンテナにおいて反射された電気信号の反射波を信号生成手段とは別の経路に導く方向性結合器と、方向性結合器を介してアンテナから入力された反射波の強度を検出する手段と、反射波の強度の検出結果に応じて、アンテナと電気信号とのインピーダンスマッチングをとるためのマッチング回路を、特性の異なる複数のマッチング回路群から選択するマッチング回路選択手段とを有する無線送信回路を提供するものである。

本発明の第１の態様においては、方向性結合器は、方向性カプラ又はサーキュレータであることが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、マッチング回路選択手段は、反射波の強度を所定のしきい値と比較し、該しきい値よりも反射波の強度が高い場合に、現在選択しているマッチング回路に変えて他のマッチング回路を選択することが好ましい。また、マッチング回路群は、アンテナが人体に近接した状態でアンテナと電気信号とのインピーダンスマッチングが最適となる人体マッチング回路と、アンテナが人体と離れた状態でアンテナと電気信号とのインピーダンスマッチングが最適となる非人体マッチング回路とを含むことが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、本発明の第１の態様の上記のいずれかの構成にかかる無線送信回路を備えた無線送信機を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、本発明の第１の態様の上記のいずれかの構成にかかる無線送信回路とアンテナを介して受信した無線信号を電気信号に変換する手段とを有することを特徴とする無線通信回路を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、本発明の第３の態様にかかる無線通信回路を備えた無線通信機を提供するものである。

本発明によれば、簡単な制御で端末の実際の通信状態に適したマッチング回路を選択できる無線送信回路、無線通信回路、無線送信機及び無線通信装置を提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態にかかる無線回路の構成を示す。この無線回路は、アンテナ１、アンテナマッチング回路２、アンテナスイッチ３、受信回路４、カプラ５、送信回路６、平滑回路７、ＬＳＩ８を有する。
アンテナマッチング回路２は、携帯中に最適なインピーダンス整合となる人体マッチング回路と、人体から離れた状態で最適なインピーダンス整合となる非人体マッチング回路とこれらを切り換える回路とで構成される。
この無線回路は、無線送信機や無線通信端末（携帯電話機など）に適用される回路である。

送信回路６から出力された送信電力は、カプラ５、アンテナスイッチ３及びアンテナマッチング回路２を経由してアンテナ１から大気中へ出力される。この際に、アンテナ１からの反射波は、カプラ５の作用によって平滑回路７へと入力される。平滑回路７へ入力された反射波は、直流電圧に変換され、ＬＳＩ８へ入力される。ＬＳＩ８は、不図示のＡ／Ｄコンバータを備えており、反射波の量を常時監視する。
上記の動作を所定の間隔で繰り返し実行する。

アンテナマッチング回路２が人体マッチング回路を選択している場合は、ユーザが携帯電話機を携行していれば不整合ロスが小さいため反射波の量は少なく、机上などに設置していれば不整合ロスが大きいため反射波の量は量も多い。
一方、アンテナマッチング回路２が非人体マッチング回路を選択している場合は、ユーザが携帯電話機を携行していれば不整合ロスが大きいため反射波の量も多くなり、机上などに設置していれば不整合ロスが小さいため反射波の量も少なくなる。

人体マッチング回路選択時及び非人体マッチング回路選択時それぞれについてしきい値が設けられており。反射波の量が大きくなった場合（換言すると不整合ロスが大きくなった場合）には、ユーザが携行していた携帯電話機を机上などに設置した、又はその逆の行為が行われたと判断し、アンテナマッチング回路２を人体マッチング回路から非人体マッチング回路へ、又はその逆へと切り替える。

これにより、本実施形態にかかる無線回路は、ユーザが携行しながら使用している時と、机上などに設置している時とのいずれの場合でも、その状況に応じた最適なアンテナマッチング回路が選択できるため、これを備えた無線送信端末は、常に最良のアンテナ品質にて無線信号を送信できる。また、これを備えた携帯電話機は、常に最良のアンテナ品質にて通信できる。よって、通話とぎれや雑音が発生することなく、安定した通信が可能となる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。本実施形態にかかる無線回路は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、カプラ５の代わりにサーキュレータ９を備えている。
この構成における回路動作は、第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、上記各実施形態においては、無線信号を送受信する携帯電話機を例に説明したが、必ずしも無線信号を受信する機能を備えている必要はなく、本発明は無線送信機に対しても適用可能である。
また、上記各実施形態においては、二種類のマッチング回路（人体マッチング回路、非人体マッチング回路）のいずれかを、アンテナからの反射波の強度に応じて選択する場合を例としたが、三種類以上のマッチング回路（例えば、通常通話用（人体頭側に保持しての通信時用）、テレビ電話用（人体頭側以外の所に保持しての通信時用）、ハンズフリー通話用（机上などに設置しての通信時用））のいずれかを、アンテナからの反射波の強度に応じて選択するようにしても良い。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかる無線回路の構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかる無線回路の構成を示す図である。 従来の無線回路の構成を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ アンテナマッチング回路
３ アンテナスイッチ
４ 受信回路
５ カプラ
６ 送信回路
７ 平滑回路
８ ＬＳＩ
９ サーキュレータ

Claims (8)

1. 無線信号を少なくとも大気中に送出するためのアンテナと、
   前記アンテナへ電気信号を出力する信号生成手段と、
   前記アンテナにおいて反射された前記電気信号の反射波を前記信号生成手段とは別の経路に導く方向性結合器と、
   前記方向性結合器を介して前記アンテナから入力された前記反射波の強度を検出する手段と、
   前記反射波の強度の検出結果に応じて、前記アンテナと前記電気信号とのインピーダンスマッチングをとるためのマッチング回路を、特性の異なる複数のマッチング回路群から選択するマッチング回路選択手段とを有する無線送信回路。
2. 前記方向性結合器は、方向性カプラであることを特徴とする請求項１記載の無線送信回路。
3. 前記方向性結合器は、サーキュレータであることを特徴とする請求項１記載の無線送信回路。
4. 前記マッチング回路選択手段は、前記反射波の強度を所定のしきい値と比較し、該しきい値よりも前記反射波の強度が高い場合に、現在選択しているマッチング回路に変えて他のマッチング回路を選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の無線送信回路。
5. 前記マッチング回路群は、前記アンテナが人体に近接した状態で前記アンテナと前記電気信号とのインピーダンスマッチングが最適となる人体マッチング回路と、前記アンテナが人体と離れた状態で前記アンテナと前記電気信号とのインピーダンスマッチングが最適となる非人体マッチング回路とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の無線送信回路。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の無線送信回路を備えた無線送信機。
7. 請求項１から５のいずれか１項記載の無線送信回路と前記アンテナを介して受信した無線信号を電気信号に変換する手段とを有することを特徴とする無線通信回路。
8. 請求項７記載の無線通信回路を備えた無線通信機。

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