JP2007243455A - Compact mobile terminal device for radio reception - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体受信に最適な無線受信用小型携帯端末装置に関する。 The present invention relates to a small-sized portable terminal device for wireless reception that is optimal for mobile reception.
従来より、携帯電話、携帯テレビ、無線通信カード等の無線受信用小型携帯端末装置における移動体受信においては、反射や回折によって発生する干渉波の抑制が必須となっている。その干渉波抑制技術の一つとして、ダイバーシチ受信が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, suppression of interference waves generated by reflection and diffraction has been essential for mobile reception in a small mobile terminal device for wireless reception such as a mobile phone, a mobile TV, and a wireless communication card. As one of the interference wave suppression techniques, diversity reception is known.
ダイバーシチ受信は、図20に示すスイッチによるアンテナ選択受信方式、図21に示す高周波信号レベルの合成受信方式、図22に示すデータレベルの合成受信方式などが提案されており、互いのアンテナの相関関係が低ければ低いほど、ダイバーシチの効果を発揮する。 For diversity reception, an antenna selective reception method using a switch shown in FIG. 20, a high frequency signal level combined reception method shown in FIG. 21, a data level combined reception method shown in FIG. 22, and the like have been proposed. The lower the value, the greater the diversity effect.
図20に示すスイッチによるアンテナ選択受信方式では、複数のアンテナ111A,111Bを配置して、アンテナスイッチ112を使用し受信信号を高速に切り替えて、電界レベルの高い方を選択するという受信方式が一般的であり、アンテナスイッチ112により選択されたアンテナを介して受信される受信信号が周波数変換器113より周波数変換されて復調器114で復調される。
In the antenna selective reception method using the switch shown in FIG. 20, a plurality of
また、図21に示す高周波信号レベルの合成受信方式では、複数のアンテナ211A,211Bにより受信される各受信信号をそれぞれ周波数変換器212A、212Bで周波数変換してアナログデジタル変換器213A,213Bでデジタル信号に変換し、ウエイト計算処理部214にて上記デジタル信号に変換した各受信信号のレベル差の重み付けを行い、復調器215で復調する。
In the high frequency signal level composite reception system shown in FIG. 21, the received signals received by the plurality of
さらに、図22に示すデータレベルの合成受信方式では、複数のアンテナ311A,311Bにより受信される各受信信号をそれぞれ周波数変換器312A,312Bで周波数変換してアナログデジタル変換器313A,313Bでデジタル信号に変換し、復調器314A,314Bで復調後、ウエイト計算処理部315にて合成する。
Further, in the data level combined reception system shown in FIG. 22, the received signals received by the plurality of
そして、ダイバーシチ受信のアンテナ配置方法としては、図23に示すように互いのアンテナ411A,411Bの距離を離して接地する空間ダイバーシチや、図24に示すように配置するアンテナ511A,511Bの向きを変える偏波ダイバーシチが一般的である。
As an antenna arrangement method for diversity reception, as shown in FIG. 23, the
空間ダイバーシチにおいては、アンテナ411A,411Bの距離を離せば離すほど、互いのアンテナの相関関係が低くなりダイバーシチ効果は増大するが、使用状態や設置環境によっては、必ずしもアンテナ間を離すことは可能ではない。
In space diversity, as the distance between the
そこで、特許文献1における空間ダイバーシチを用いたアンテナ装置においては、アンテナと接地導体から形成された装置の接地導体にスリットを入れることによりアンテナ間の結合を防止し、相関関係を低くしている。
Therefore, in the antenna device using space diversity in
また、特許文献2においては、アンテナ間に溝をいれることに、同様な効果を得ている。
Moreover, in
一方、特許文献3においては、直接信号を給電しない無給電アンテナとそれに接続した可変リアクタンス素子によって、相関関係の低い状態を作り出している。
On the other hand, in
さらに、アンテナ間の位相差を90°にして給電すると、一方の方向にヌル点ができるカージオイド型の指向性になることが理論的に明らかにされている。 Furthermore, it has been theoretically clarified that when power is supplied with the phase difference between the antennas being 90 °, a cardioid type directivity with a null point in one direction is obtained.
しかしながら、利用する周波数の電気長と比較して、小さい携帯端末において、複数のアンテナを配置した場合、互いのアンテナの相関関係は高く、接地導体にスリットを入れることによりアンテナ間の結合は低下しない。また、無給電アンテナとそれに接続した可変リアクタンス素子を用いても、低い相関関係を実現することは、困難であり、スペースの制約があることが多い。 However, when a plurality of antennas are arranged in a small mobile terminal as compared with the electrical length of the frequency used, the correlation between the antennas is high, and the coupling between the antennas does not decrease by slitting the ground conductor. . Further, even if a parasitic antenna and a variable reactance element connected thereto are used, it is difficult to realize a low correlation, and there are many space restrictions.
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、利用する周波数の電気長と比較して、接地導体のサイズが小さい携帯端末のような構成においても、アンテナ間の相関関係を低く、ダイバーシチ効果が得られるようにして移動体受信に最適な無線受信用小型携帯端末装置を提供することにある。 Therefore, in view of the conventional problems as described above, the object of the present invention is to provide a correlation between antennas even in a configuration such as a portable terminal in which the size of the ground conductor is small compared to the electrical length of the frequency to be used. An object of the present invention is to provide a small portable terminal device for radio reception that is low and that is optimal for mobile reception so as to obtain a diversity effect.
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.
本発明に係る無線受信用小型携帯端末装置は、接地導体と、上記接地導体の縁部を切り欠いて形成された複数の突片の先端部分に設けられた複数のアンテナ素子と、上記接地導体の縁部を切り欠いた凹部に設けられアンテナ素子間の相関関係を変える相関関係変更機構とを備え、上記相関関係変更機構は、上記接地導体に流れる高周波電流の位相を変化させることにより、アンテナ素子間の相関関係を低下させることを特徴とする。 A small-sized portable terminal device for wireless reception according to the present invention includes a ground conductor, a plurality of antenna elements provided at tip portions of a plurality of projecting pieces formed by notching edges of the ground conductor, and the ground conductor. And a correlation changing mechanism that changes the correlation between the antenna elements. The correlation changing mechanism changes the phase of the high-frequency current flowing through the ground conductor, thereby changing the correlation between the antenna elements. The correlation between elements is reduced.
本発明に係る無線受信用小型携帯端末装置において、上記相関関係変更機構は、例えば、上記接地導体に流れる高周波電流の位相を変化させ、アンテナ間の位相差を90°にすることにより、アンテナ素子間の相関関係を低下させる。 In the small wireless portable terminal device for radio reception according to the present invention, the correlation changing mechanism may change the phase of the high-frequency current flowing through the ground conductor to change the phase difference between the antennas to 90 °, for example. Reduce the correlation between.
また、本発明に係る無線受信用小型携帯端末装置において、上記相関関係変更機構は、例えば、各アンテナ素子が設けられた各突片部分のリアクタンスを変化させる素子からなる。 Further, in the small wireless portable terminal device for wireless reception according to the present invention, the correlation changing mechanism is composed of an element that changes the reactance of each protruding piece portion provided with each antenna element, for example.
さらに、本発明に係る無線受信用小型携帯端末装置において、上記相関関係変更機構は、各アンテナ素子が設けられた各突片部分にリアクタンスを変化させる素子を設けることにより、各突片部分を短くしても、アンテナ間の位相差を90°にできる。 Furthermore, in the small portable terminal device for wireless reception according to the present invention, the correlation changing mechanism shortens each protruding piece portion by providing an element for changing reactance in each protruding piece portion provided with each antenna element. Even so, the phase difference between the antennas can be 90 °.
本発明では、利用する周波数の電気長と比較して、接地導体のサイズが小さい携帯端末のような構成においても、アンテナ間の相関関係を低く、ダイバーシチ効果が得られ、携帯電話、携帯テレビ、無線通信カード等における移動体受信に最適な無線受信用小型携帯端末装置を提供することができる。 In the present invention, even in a configuration such as a portable terminal in which the size of the ground conductor is small compared to the electrical length of the frequency to be used, the correlation between the antennas is low, and a diversity effect can be obtained. It is possible to provide a small mobile terminal device for wireless reception that is optimal for mobile reception in a wireless communication card or the like.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.
本発明は、例えば図1に示すようにダイバーシチ受信用の2つのアンテナ11A,11Bを備える無線受信用小型携帯端末装置10に適用される。
The present invention is applied to a small
この無線受信用小型携帯端末装置10は、折り畳むことのできる携帯端末であって、各種操作ボタン12の設けられた下ハーフ部13と表示パネル14の設けられた上ハーフ部15を有し、下ハーフ部13と上ハーフ部15がヒンジ部16を介して折り畳み自在に連結されてなる。下ハーフ部13と上ハーフ部15は、信号受信、演算処理、表示装置等のICや部品が実装されたプリント基板により構成され、ヒンジ部16においてポリミド樹脂等で構成された連結線路によって電気的に互いに接続されている。2つのアンテナ11A,11Bは、上ハーフ部15の上端部に設けられている。
The wireless reception small
ここで、一般的に、ダイバーシチの効果を表す相関関係は、複数アンテナで受信された電波が、互いにどれだけ影響し合っているかのファクターであり、受信するアンテナの指向性により次の式(1)で求めることができる。 Here, in general, the correlation representing the effect of diversity is a factor of how much radio waves received by a plurality of antennas influence each other, and the following equation (1) depends on the directivity of the receiving antenna. ).
式(1)において、Crは、相関係数、E1、E2は、アンテナの複素指向性で、θ、φは、極座標の座標角を表す。 In Expression (1), Cr is a correlation coefficient, E 1 and E 2 are complex directivities of the antenna, and θ and φ represent coordinate angles of polar coordinates.
そして、上述の如く、下ハーフ部13と上ハーフ部15がヒンジ部16を介して折りたたみ自在に連結されてなる折りたたみ型の携帯端末において、上記下ハーフ部13と上ハーフ部15は、高周波的には接地導体として機能し、ダイバーシチ受信用の2本のアンテナは、図2に示すように、互いに平行となるように設置される場合と、図3に互いに直交するように設置される場合がある。また、折りたたみ型の携帯端末の使用形態としては開放状態と折りたたんだ閉塞状態があり、図2(A)、図3(A)に示すように、開放状態ではダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bに対して、ヒンジ部16においてポリミド樹脂等で構成された連結線路16Aによって電気的に互いに接続されている下ハーフ部13と上ハーフ部15それぞれ接地導体13A,15Aとして機能するのであるが、折りたたんだ閉塞状態では、図2(B)、図3(B)に示すように、下ハーフ部13に当たる下部接地導体13Aと、上ハーフ部15に当たる上部接地導体15Aとが互いに対向した状態になるので、ダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bに対する実質的な接地導体面積は開放状態の半分になってしまう。
As described above, in the foldable portable terminal in which the
ここで、利用する周波数の電気長と比較して、接地導体のサイズが小さい携帯端末の場合を考える。テレビジョン放送のUHF帯の利用周波数は、470MHz(波長630mm)以上であるため、一般的な携帯端末の導体サイズ75×40mmを電気長換算すると、0.12λ×0.06λとなる。同様に、2.4GHz帯を使用した無線LAN用カードにおいても、電気長換算で0.12λ×0.06λ相当になる場合が生じてくる。以後は、導体のサイズが、電気長換算で0.12λ×0.06λの場合を検討する。しかしながら、必ずしもこのサイズに限定せず、同様に類推できるサイズもこの限りでない。 Here, consider the case of a portable terminal in which the size of the ground conductor is small compared to the electrical length of the frequency used. Since the use frequency of the UHF band for television broadcasting is 470 MHz (wavelength 630 mm) or more, when the conductor size 75 × 40 mm of a general portable terminal is converted into an electrical length, it becomes 0.12λ × 0.06λ. Similarly, even in a wireless LAN card using the 2.4 GHz band, there is a case where it is equivalent to 0.12λ × 0.06λ in terms of electrical length. Hereinafter, the case where the size of the conductor is 0.12λ × 0.06λ in terms of electrical length will be considered. However, the size is not necessarily limited to this size, and the size that can be similarly estimated is not limited to this.
折りたたみ型の携帯端末におけるダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bの相関関係を図4に示す。図4において、横軸は電気長換算したアンテナ間距離d/λ、縦軸はアンテナの相関係数Crである。この図4から明らかなように、アンテナ間距離dを離すと、相関関係は低くなるが、携帯端末の大きさの制約があるため、相関関係の低下には限界がある。アンテナ同士を直交して配置する偏波ダイバーシチの構成においても、同様なことがいえる。
FIG. 4 shows the correlation between the two
ここで、ダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bを各種サイズの接地導体に設け、アンテナ間距離dを変化させた場合のアンテナ11A,11B間の相関関係を図5に示す。図5において、横軸は電気長換算したアンテナ間距離d/λ、縦軸はアンテナの相関係数Crである。この図5において、特性F1は、ノートPCサイズ(電気長換算したサイズ(縦×横)が0.31λ×0.47λ)の接地導体に設け場合、特性F2は、小型ノートPCサイズ(電気長換算したサイズ(縦×横)が0.17λ×0.25λ)の接地導体に設け場合、特性F3は、PDAサイズ(電気長換算したサイズ(縦×横)が0.12λ×0.17λ)の接地導体に設け場合、特性F4は、折りたたみ携帯サイズ(電気長換算したサイズ(縦×横)が0.12λ×0.06λ×2枚)の接地導体に設け場合を示している。特性F4の(a)は閉塞状態を示し、(b)は開放状態を示している。
Here, FIG. 5 shows the correlation between the
次に、図6に示すように、アンテナ11A,11Bの同士の間の接地導体15Aにノッチ(溝)20を入れ、アンテナ間距離dを0.053λ、ノッチ幅wを0.007λとして、電磁界解析によるノッチ長hを変化させた場合のアンテナ11A,11B間の相関関係を図7に示す。図6(A)は折りたたみ型の携帯端末の開放状態を示し、図6(B)は折りたたみ型の携帯端末の閉塞状態を示している。また、図7において、横軸は電気長換算したノッチ長さh/λ、縦軸はアンテナの相関係数Crである。この図7から明らかなように、ノッチ長hを大きくすると、相関係数Crが低下する。このときのノッチ長は0.1λ以下となっている。また、ノッチ長hを0.087λとした場合の電磁界解析による振幅指向性とzx面位相指向性を図8と図9に示す。振幅指向性に大きな変化は見られないが、zx面位相指向性を見るとノッチ20のない場合のアンテナ11A,11B間の位相差は、最大約40°であるのに対して、ノッチ20がある場合では約65°と位相差が大きくなっている。このことより、相関が低下させる主因は2素子の位相差であることがいえる。したがって、アンテナ11A,11B間の接地導体15Aにノッチ20をいれたことにより、アンテナ11A,11B間に流れる高周波電流の経路が変化させ、位相差をつけたことにより、相関関係を低下させたことになる。
Next, as shown in FIG. 6, a notch (groove) 20 is provided in the
ここで、アンテナ間距離dを0.053λ、ノッチ長さhを0.06λとして、電磁界解析によるノッチ幅wを変化させた場合のアンテナ11A,11B間の相関関係を図10に示す。図10において、横軸は電気長換算したノッチ幅w/λ、縦軸はアンテナの相関係数Crである。
Here, FIG. 10 shows the correlation between the
さらに、図11に示すように、ノッチ20の部分にキャパシタ21を装荷したときの、ノッチ長hを変化させた場合の相関係数Crを図12に示す。図11(A)は折りたたみ型の携帯端末の開放状態を示し、図11(B)は折りたたみ型の携帯端末の閉塞状態を示している。図12から明らかなように、キャパシタ21を装荷しない場合に比べて約半分のノッチ長hで相関が低下するが、ノッチ長をh/λ=0.047にすると相関は大きくなる。また、zx面の振幅指向性と位相指向性を図13と図14に示す。振幅指向性に大きな変化は見られないが,zx面位相指向性を見ると最も相関が低いときの位相差の最大値が90°に近づいている。ノッチ20を入れたことによる経路の変化の位相差とキャパシタ21による位相差の合計が、90°に近づくと、相互係数Crが小さくなる。
Further, as shown in FIG. 11, the correlation coefficient Cr when the notch length h is changed when the
アンテナ間の位相差を90°にして給電すると、一方の方向にヌル点ができるカージオイド型指向性になることが知られているが、本発明の形態を使用すると、給電線に位相をつけることなく、接地導体に加えたノッチによってアンテナ間の位相差を90°に調整することが可能である。さらに、キャパシタを加えることにより、ノッチ長を短くしても、アンテナ間の位相差を90°とすることが可能である。 It is known that when feeding with a phase difference between antennas of 90 °, a cardioid directivity with a null point in one direction is obtained, but using the form of the present invention, the feeding line is phased. The phase difference between the antennas can be adjusted to 90 ° by a notch added to the ground conductor. Further, by adding a capacitor, the phase difference between the antennas can be 90 ° even if the notch length is shortened.
ここで、アンテナ間距離dを0.053λ、ノッチ幅Wを0.007λ、キャパシタ21の挿入位置を端部(a=0)、ノッチ長hを0.013λとして、電磁界解析によるキャパシタ21のキャパシタンス値C[pF]を変化させた場合のアンテナ11A,11B間の相関関係を図15に示す。図15において、横軸はキャパシタンス値C[pF]、縦軸はアンテナの相関係数Crである。
Here, assuming that the distance d between antennas is 0.053λ, the notch width W is 0.007λ, the insertion position of the
また、アンテナ間距離dを0.053λ、ノッチ幅Wを0.007λ、ノッチ長hを0.013λとして、電磁界解析によるキャパシタ21の挿入位置aを変化させた場合のアンテナ11A,11B間の相関関係を図16に示す。図16において、横軸は電気長換算したキャパシタ21の挿入位置a/λ、縦軸はアンテナの相関係数Crである。
Further, when the inter-antenna distance d is 0.053λ, the notch width W is 0.007λ, and the notch length h is 0.013λ, the insertion position a of the
そして、この無線受信用小型携帯端末装置10では、上ハーフ部15に当たる上部接地導体15Aの縁部を切り欠いて凹部すなわちノッチ20を設けることにより形成された2つの突片15a,15bの先端部分に、ダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bを設け、例えば、上記上部接地導体15Aの縁部を切り欠いた凹部すなわちノッチ21部分にアンテナ素子間の相関関係を変える相関関係変更機構25として、例えば、図17の(A)に示すように可変リアクタンス素子22、あるいは、図17の(B)に示すようにスイッチ23を設ける。そして、上記相関関係変更機構25により、上記上部接地導体15Aに流れる高周波電流の位相を変化させ、アンテナ11A,11B間の位相差を90°にすることにより、アンテナ素子間の相関関係を低下させる。すなわち、ノッチ21の長さ(h)、可変リアクタンス素子22の設置位置(hr)、スイッチ23の設置位置(hs1,hs2)および数、可変リアクタンス素子22のリアクタンス値、スイッチ23の状態などによって、アンテナ11A,11B間の位相差が、利用周波数において90°になるように制御する。なお、可変リアクタンス素子22は、キャパシタンス、インダクタンス、バリキャップ(バラクタダイオード)、トランジスタ、移相器等であり、高周波電流のインピーダンスに影響を与えるものであればよい。また、スイッチ23は、GaAsによるスイッチ、PINダイオード、MEMS等で、高周波電流の経路を変えるものであればよい。さらに、相関関係変更機構25は、可変リアクタンス素子22とスイッチ23を組み合わせたものであってもよい。
And in this small portable
さらに、この無線受信用小型携帯端末装置10では、図18に示すように、ダイバーシチ受信用の2本のアンテナ11A,11Bがダイバーシチ回路31を介して受信部32に接続され、上記受信部32に受信周波数の選択信号を与える制御部33によって、可変リアクタンス素子22又はスイッチ23からなる相関関係変更機構25が制御される。
Furthermore, in this small portable
上記制御部33は、図19のフローチャートに示すように、動作を開始すると、まず、受信周波数の変更がある否かを判定し(ステップS1)、その判定結果がYESすなわち受信周波数の変更がある場合には、受信周波数の選択を受け付ける(ステップS2)。そして、受け付けた選択した受信周波数に応じた制御信号を発生し(ステップS3)、相関関係変更機構を制御して2本のアンテナ間の位相差が90°になるようにするとともに、受信部を制御して受信周波数にチューニングしてから(ステップS4)、受信を開始する(ステップS5)。また、上記ステップS2における判定結果がNOすなわち受信周波数の変更がない場合には、直ちに受信を開始する(ステップS5)。
As shown in the flowchart of FIG. 19, when the
そして、受信を終了するか否かを判定し(ステップS6)、その判定結果がNOすなわち受信を継続する場合には、上記ステップS1に戻って、ステップS1〜ステップS6を繰り返し、また、その判定結果がYESになった時点で制御動作を終了する。 Then, it is determined whether or not to end the reception (step S6). If the determination result is NO, that is, if the reception is continued, the process returns to step S1 and repeats steps S1 to S6. When the result is YES, the control operation is terminated.
このような構成の無線受信用小型携帯端末装置10では、利用する周波数の電気長λと比較して、接地導体のサイズが0.25λ以下の小さい携帯端末のような構成においても、アンテナ間の相関関係を低くして、ダイバーシチ効果を得すことができ、携帯電話、携帯テレビ、無線通信カード等における移動体受信に最適である。
In the small-sized mobile
10 無線受信用小型携帯端末装置、11A,11B アンテナ、12 種操作ボタン、13 下ハーフ部、13A 下部接地導体、14 表示パネル、15 上ハーフ部、15A 上部接地導体、15a,15b 突片、16 ヒンジ部、16A 連結線路、20 ノッチ、21 キャパシタ、22 可変リアクタンス素子、23 スイッチ、25 相関関係変更機構、31 ダイバーシチ回路、32 受信部、33 制御部33
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記接地導体の縁部を切り欠いて形成された複数の突片の先端部分に設けられた複数のアンテナ素子と、
上記接地導体の縁部を切り欠いた凹部に設けられアンテナ素子間の相関関係を変える相関関係変更機構と
を備え、
上記相関関係変更機構は、上記接地導体に流れる高周波電流の位相を変化させることにより、アンテナ素子間の相関関係を低下させることを特徴とする無線受信用小型携帯端末装置。 A ground conductor;
A plurality of antenna elements provided at tip portions of a plurality of projecting pieces formed by cutting out the edge of the ground conductor;
A correlation change mechanism that is provided in a recess formed by cutting out the edge of the ground conductor and changes the correlation between antenna elements;
The wireless reception small portable terminal device, wherein the correlation changing mechanism reduces the correlation between antenna elements by changing a phase of a high-frequency current flowing through the ground conductor.
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