JP2013146046A - 無線通信装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の通信品質を確保する為のアンテナダイバーシティ方式の場合、通信品質を確保する為には有効であるが、人体への影響を考慮した制御にはなっていない。また人体の影響を回避する為のインピーダンスの制御は複雑であった。
【解決手段】
複数のアンテナから選択したアンテナで受信した受信電力の変化量と選択したアンテナので送信反射電力の電力量に基づいて、使用するアンテナを別のアンテナに切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のアンテナから選択したアンテナを用いて無線通信する無線通信装置及びその制御方法に関する。

近年、無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）等の無線通信機能を備えた電子機器が普及してきている。上記無線ＬＡＮやBluetoothなどは、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯などの電波を使用している。上記無線通信機能を備えた電子機器は、筐体に無線通信用のアンテナを内蔵しており、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、スロットアンテナ、逆Ｆアンテナなど種々のアンテナが使用されている。

パーソナルコンピュータ等の電子機器においてアンテナを機器に実装した場合、アンテナの周囲に人体が近接することがある。その場合にアンテナの特性が変化し性能が劣化したり、アンテナから放射される電波を人体が吸収してしまう。電波が人体に与える影響を鑑み、人体が吸収する電波のエネルギーの度合いを表す比吸収率（ＳＡＲ：Specific Absorption Rate）の基準が定められている。このような状況に鑑みて、通信の状態を保ちかつ電波の人体への輻射量を低減することが求められている。

図３は受信部の受信電力の変化を縦軸にとり横軸に通信距離をとって表したものである。図３は通信距離が遠くなるにつれて、受信電力が低下する例を表している。従来のアンテナダイバーシティ方式は通信相手の受信電力が閾値以下になった時に使用中のアンテナを他のアンテナに切換える事によって通信品質を保っている。受信電力が閾値Pth以上であれば受信電力レベルは通信を行う為には十分なレベルであるから、アンテナを切換えないのが普通である。

アンテナの周囲環境による特性の劣化を回避する制御も知られている。人体の影響を回避する為に、アンテナ近傍に人体が近接した際にアンテナのインピーダンスを適切に制御する技術が特許文献１として知られている。特許文献１は、携帯電話機等の送受信を行う無線通信機器において、人体近接時に生じるインピーダンスの不整合を解消しインピーダンス不整合による電力損失を軽減することを開示する。適応制御部が反射電力の検出値を測定し、測定結果に基づいて、記憶部から位相角と容量値を読み出し反射電力が最小となるように位相角と可変容量コンデンサを適応的に制御している。

特開2005-354502

アンテナを切り換えて通信品質を確保する従来のアンテナダイバーシティ方式は、人体による影響あるいは人体への影響を低減するという課題は考慮されていない。また人体による影響を回避する為のアンテナ回路のインピーダンス不整合を解消する制御は回路が複雑であり、アンテナ周辺の回路規模が大きくなる課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複雑な制御無しに電波の人体への輻射量を低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の無線通信装置は、複数のアンテナから選択したアンテナで受信した電力の変化量と、選択したアンテナにおける送信反射電力の量に基づきアンテナ切換えを実施する事を特徴とする。

複雑な制御無しに電波の人体への輻射量を低減し、人体による電波吸収量を低減することができる。

無線部概略ブロック図 アンテナ切換えタイミングフローチャート 通常のアンテナダイバーシティの説明図 複数のアンテナを有する機器に人体が近接した場合の様子を示した概念図 人体が近接した場合の人体での受信電波の吸収損失分とアンテナの反射電力損失分を表した概念図 人体が近接した場合の通信相手との距離と受信電力の変化の様子を示した図 人体近接による送信反射電力変化の大きいアンテナに上方から近接する場合の図 人体-外装間距離と送信反射電力の関係を示す図 人体-外装間距離と受信電力変化量の関係を示す図 アンテナ切換えの条件を表す図 人体近接による送信反射電力変化の大きいアンテナに横方向から近接する場合の図 人体-外装間距離と送信反射電力の関係を示す図 人体-外装間距離と受信電力変化量の関係を示す図 アンテナ切換えの条件を表す図 アンテナの種類による人体近接による送信反射電力変化の概要説明図 人体近接による送信反射電力変化の少ないアンテナに上方から近接する場合の図 人体-外装間距離と送信反射電力の関係を示す図 人体-外装間距離と受信電力変化量の関係を示す図 アンテナ切換えの条件を表す図 人体近接による送信反射電力変化の少ないアンテナに横方向から近接する場合の図 人体-外装間距離と送信反射電力の関係を示す図 人体-外装間距離と受信電力変化量の関係を示す図 アンテナ切換えの条件を表す図

［実施形態１］
図４は物理的に異なる位置に配置された複数のアンテナ１〜４を有する無線通信装置においてアンテナ１に人体が近接した場合の様子を示した概念図である。このような場合、アンテナ１からの送信電波は近接した人体に輻射されて吸収される。

この際人体によって送信電波が吸収されると同時に、受信電波も人体で吸収される事によって受信電力が低下する。また人体が持つ誘電率の影響で近接したアンテナ１の共振周波数が変化し、アンテナ１の入力インピーダンスが変化するので反射損失が生じる。アンテナでの受信電力は、人体がアンテナ１に近接することによって人体での吸収損失とアンテナでの反射損失とを加算した分の電力低下が生じる。以下に説明するが、本実施形態によれば人体への電波の輻射が一定量以上と判定される場合にアンテナ１から他のアンテナ２〜４への切換を行う。

図５に人体が近接した場合の人体での受信電波の吸収損失分とアンテナの反射損失分を表した概念図を示す。

人体が近接することによるアンテナのインピーダンスの変化は送信側に送信反射電力の増加をもたらす。本実施形態はこのような送信反射電力の変化と受信電力の変化を利用して人体のアンテナ近傍への近接を検出し、アンテナ切り換えを行うものである。アンテナからの送信反射電力のみならず受信電力の変化量もアンテナの切換えに利用する理由を以下に説明する。

人体がアンテナに近接している場合で、例えば手がアンテナに対して一定の間隙（空間）を有してアンテナ全体を覆っている場合、アンテナと手との距離が有る程度離れている事によって送信反射電力は小さい値を示す。しかしながら手がアンテナ全体を覆っている事によって、到来電波が手によって吸収される量が増加する。また後述するが、ある程度人体をアンテナに近接させても、送信反射電力が大きくならないアンテナも存在する。例えば平面状のパッチアンテナはその例で、人体が近接しているのもかかわらず、送信反射電力を検出するだけでは人体近接の判定を行う事が出来ない場合もある。

図６は人体が近接していない場合から近接している場合へ変化したときの通信距離と受信電力の関係を示した図であり、人体の近接により生じた受信電波の人体での吸収損失と反射損失を加味した受信電力の低下を示している。人体が近接している場合は（実線）、人体が近接していない場合（破線）と比較して受信電力が低下している。人体の近接があっても、受信電力が閾値Pth以上あれば通常の受信品質を維持できるが、この状態で送信を行うと電波が人体に余計に輻射されることがあり得る。

以下、人体の近接により送信反射電力が比較的大きな変化を示すアンテナを例に説明する。図７は無線装置の筺体内に配置されたアンテナへの人体の近接による影響が大きい方向からアンテナへ近接する場合の様子を示したもので、使用周波数は２ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚである。本実施形態ではアンテナに対して上方から人体が近接する例で説明をする。図７（Ａ）は人体が、アンテナが配置されている筐体上の外装部分に直接接触している場合、図７（Ｂ）は人体とアンテナの近接度合いが比較的大きい場合、図７（Ｃ）は近接度合いが小さく、図７（Ｂ）よりアンテナと人体が離れている場合を示している。

例えば、複数のアンテナを基板上にパターンとして形成して筐体に組込んだ場合は（例えば、モノポール、逆Ｆアンテナ）、高誘電率の人体が筐体に近接する事でアンテナの共振周波数がシフトし使用周波数帯域での特性が低下する。その低下度合いは人体とアンテナを内蔵する筺体外装との距離が近くなるにつれて大きくなる。図８は、横軸に人体とアンテナとの近接度合いとして人体と筐体外装との距離Ｌを、縦軸に送信反射電力を示している。

図８の８０１、８０２、８０３は図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応している。図８は、例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍの場合の送信反射電力は-10dB、比較的近い場合の距離3ｍｍの場合の送信反射電力は-6dBであることを示す。アンテナが内部に配置されている筐体の外装部分に人体が接触している状態の距離0ｍｍの場合の送信反射電力は-2dBとなる事を表している。

ここで本実施形態では、例えば人体と筺体外装との距離3.5ｍｍにおける送信反射電力-8dBをアンテナ切換えの送信反射電力閾値RLthとする。送信反射電力がこの送信反射電力閾値RLth以上の場合には人体への輻射量が大きいと判断し、使用中のアンテナを他のアンテナへ切換える動作を行う。RLth=-8dBの場合の送信反射電力は概ね入力電力に対して２０％程度となる。筐体には複数のアンテナが配置されており、アンテナを別のアンテナへ切換えることにより人体への輻射量を軽減し、人体への影響を軽減可能である。

図９の９０１、９０２、９０３は図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対応し、無線装置の筺体内に配置されているアンテナに人体が近接する度合いと到来電波の受信電力の低下の関係を示す概略図である。人体とアンテナとの距離によって筺体に実装されているアンテナ素子を人体が覆う領域が変化する。到来波とアンテナ素子の間に人体という高誘電率である吸収部材が介在する事になるので、アンテナ素子での受信電力が変化する。人体がアンテナに近接しているほど到来する電波の受信状態は影響を受けやすく、使用中の受信電力の変化量は大きい。

図９は、横軸に人体とアンテナ素子を内蔵する筐体外装との距離、縦軸に受信電力の変化量を示す。受信電力の変化量は、人体とアンテナが近接していない状態から近接した場合の受信電力の変化量を表したものである。これは通常の受信状態から人体が筐体に近接し、受信状態が変化する場合に相当する。例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍに近接するときの受信電力の変化量は10dB（低下分）、比較的近い場合の距離3ｍｍに近接するときの受信電力の変化量は20dBになる。ほぼ接触している状態の距離0ｍｍに近接するときの受信電力の変化量は40dBになる。

本実施形態では例えば人体と筺体外装との距離3.5ｍｍの場合の受信電力変化量15dBを人体との近接度合いを示す受信電力変化量閾値ΔPthとする。この値以上の受信電力変化量があった場合は、使用中のアンテナを無線装置の他のアンテナへ切換える。図７のようにアンテナの真上方向から人体が近接する場合、距離が近いほど送信反射電力、受信電力変化量共に増加している。

図１０は人体の近接による送信反射電力変化が比較的大きいアンテナを使用する場合のアンテナ切換えの条件を例示している。図１０に示す表の縦方向に、アンテナと筺体外装との近接度合いの大きい順番に（１）から（４）の４つの状態で示している。表の横方向は、左から使用Ｃｈでの送信反射電力、使用Ｃｈでの受信電力変化量、人体への電波の吸収度合い、アンテナの切換え判定結果（○×）を示している。ここでアンテナ切換の判定を開始する初期状態の使用ｃｈの受信電力Ｐ０は通信品質を確保するのに十分なレベルであり、Pth以上の値とする。受信電力Ｐ０がPth未満の場合は送信反射電力、受信電力変化量の値に拘わらず通信品質を確保する為にアンテナ切換えを行う。

（１）のケースでは外装と人体が接触しており、受信電力変化量及び送信反射電力は共に、受信電力変化量閾値ΔPth（第１の閾値）及び送信反射電力閾値RLth（第２の閾値）を超えている。このケースでは、人体への電波の吸収は最も大きくなり、アンテナを切換えるよう判定している。

（２）のケースでは外装と人体の距離が3ｍｍの場合を示し、人体が筐体外装に接触はしていないまでも筺体外装に十分近接している状態でかつ送信反射電力及び受信電力変化量が閾値RLth及び閾値ΔPthを超えている場合を表す。このケースでは電波の人体への吸収は大きいと判断されるからアンテナを切換えるよう判定する。

（３）のケースでは外装と人体の距離が4ｍｍの場合を示す。送信反射電力は閾値RLthを超えておらず、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定することを示している。

（４）のケースでは、外装と人体の距離が4ｍｍ以上の場合を示し、上記（３）の場合と同様に送信反射電力、が閾値RLth、を超えていない場合で、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定することを示している。

これらの判定をする場合に、所定の時間Ｔｏ以上、送信反射電力が閾値を越えているか、または受信電力変化量が閾値を越えているかどうかをアンテナ切り換えの判定の条件に加えてもよい。また後述するような理由から送信反射電力と受信電力変化量を検出する時間Ｔｏは異なる値にできる。

図１１は人体の近接による送信反射電力変化が大きなアンテナの場合で、アンテナに対して比較的人体の影響が小さい方向から人体が近接する場合を説明する。この例では無線装置の筺体外装に内蔵されたアンテナに人体が横方向から近接する場合の様子を例に示したものである。

図１１（Ａ）は人体が直接筺体の外装に接触している場合、図１１（Ｂ）は人体と筐体の近接度合いが比較的大きい場合、図１１（Ｃ）は近接度合いが小さい場合を示している。図１２は、横軸に人体と筐体外装との近接度合いとして人体と筐体外装との距離を、縦軸に送信反射電力を示している。

図１２の１２０１、１２０２、１２０３は図１１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応している。図１２は、例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離４ｍｍの場合の送信反射電力は-10dB、比較的近い場合の距離3ｍｍの場合の送信反射電力は-6dB、接触している状態の距離0ｍｍの場合の送信反射電力は-2dBとなる事を表している。人体と筺体外装との距離3.5ｍｍにおける送信反射電力＝-8dBを送信反射電力閾値RLthとする。送信反射電力がこの送信反射電力閾値RLth以上の場合に人体への輻射量も多くなり、人体の影響が心配されると仮定し、送信反射電力が送信反射電力閾値RLth=-8dB以上の場合に使用中のアンテナを他のアンテナへ切換える動作を行う。

図１３の１３０１、１３０２、１３０３は図１１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対応し、無線装置の筺体外装に人体が近接する度合いと到来電波の受信電力の低下の関係を示す概略図である。図１３は、横軸に筐体外装と人体との距離、縦軸に通常の使用状態から近接した場合についての受信電力の変化量を表したものである。図１３において人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍまで近接するときの受信電力の変化量は0dB、比較的近い距離3ｍｍにあっても受信電力の変化量（低下分）は4dB程度になる。ほぼ接触した状態になったときの、距離0ｍｍでの受信電力の変化量は10dBになる。

このように人体の近接がアンテナへの影響が少ないアンテナの横方向からの場合は、アンテナの上方から近接した場合と同様に人体がアンテナに近接するに従って送信反射電力は増加する。しかし、受信電力変化量は人体がアンテナの上方から近接する場合と異なり少ない事がわかる。

また図１２より送信反射電力が距離3.5ｍｍ近傍で送信反射電力閾値RLth（−８ｄB）を超えている為、人体が近接している事がわかる。送信反射電力閾値RLth以上の送信反射電力がある場合は、人体への輻射量が多いと考えられるので、受信電力変化量にかかわらず使用中のアンテナを他のアンテナへの切換え動作を行う。

図１４は人体近接による送信反射電力変化の比較的大きなアンテナの場合で無線装置の筺体外装に人体がアンテナへの影響が少ない方向から近接する場合のアンテナの切換えの条件を表している。図１４に示す表の縦方向に、アンテナと筺体外装との近接度合いの大きい順番に（１）から（４）の４つの状態で示している。

表の横方向は、左から使用Ｃｈでの送信反射電力、使用Ｃｈでの受信電力変化量、人体への電波の吸収度合い、アンテナの切換え判定結果（○×）を示している。ここでアンテナ切換の判定を開始する初期状態の使用ｃｈの受信電力Ｐ０は通信品質を確保するには十分なレベルの受信電力Ｐ０＞Pthとする。受信電力Ｐ０＜Pthの場合は送信反射電力、受信電力変化量の値に拘わらず通信品質を確保する為にアンテナ切換えを行う。

（１）のケースでは外装と人体の距離が0ｍｍの場合を示し、送信反射電力は閾値RLthを超えているので人体の近接があると判定する。受信電力変化量は閾値ΔPth以下であるがアンテナを切換える判定をしている。

（２）のケースでは外装と人体の距離が3ｍｍの場合を示し、人体が筐体外装に接触はしていないまでも筺体外装に十分近接している状態で（１）と同様に送信反射電力は閾値RLthを超えている。人体の近接があると判定し、アンテナを切換える判定をしている。

（３）のケースでは外装と人体の距離が4ｍｍの場合を示し送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合であり、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定している。

（４）のケースでは、外装と人体の距離が4ｍｍ以上の場合を示し（３）の場合と同様に送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合で、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定することを示している。

以上のケースでも、所定の時間Ｔｏ以上、送信反射電力、受信電力変化量が閾値を越えているかどうかを条件に加えて判定してもよい。また所定の時間Ｔｏは送信反射電力と受信電力変化量の検出で異なる値にできる。また、接触を検出するセンサとアンテナとを組み合わせて検出を行ってもよい。各アンテナの近傍にそれぞれセンサを設けておき、アンテナから所定範囲での物体の接触検出をする。使用中のアンテナのそばのセンサが接触を検出した場合は、距離＝0ｍｍの場合に相当し、アンテナを切り換える判定をする。センサは静電容量変化を検出するタイプ等の物体の接触検知できるものが使用できる。センサにより接触を検出した場合は送信電力や受信電力変化の値に関わらずアンテナを切り換えることができ、判定漏れを解消できる。

［実施形態２］
人体近接による送信反射電力変化が比較的小さいアンテナと大きいアンテナを使用する場合のアンテナと人体との距離と送信反射電力の関係を図１５により説明する。通常のパターンアンテナ、セラミックチップアンテナ等は人体近接によって破線のような送信反射電力の変化を示すが、パッチアンテナ等は実線のように人体を近接させても送信反射電力の変化は少ない。このようなアンテナへの人体の近接を検出する為には送信反射電力の変化の検出だけでは困難である。しかし、人体近接によって電波の吸収度合いが変化する事によって受信電力変化量が変化することを利用してアンテナ切換え判定を行うことができる。

人体が近接しても送信反射電力が比較的小さいアンテナの場合で、無線装置の筺体外装に人体がアンテナの上方から近接する様子を図１６により説明する。図１６（Ａ）は人体が直接筺体の外装に接触している場合、図１６（Ｂ）は人体と筐体の近接度合いが比較的大きい場合、図１６（Ｃ）は近接度合いが小さい場合を示している。

図１７は、横軸に人体と筐体外装との近接度合いとして人体との距離を、縦軸に送信反射電力を示している。図１７の１７０１、１７０２、１７０３は図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応している。図１７は、例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍの場合と3ｍｍの場合に送信反射電力は-10dB、接触している状態で距離0ｍｍの場合に送信反射電力は-6dBとなる事を表している。

人体と筺体外装との距離1ｍｍにおける送信反射電力RLth=-8dBを送信反射電力閾値とする。送信反射電力がこの送信反射電力閾値以上の場合に人体の影響が有りかつ人体への電波の吸収が有るとして使用中のアンテナを他のアンテナへ切換える動作を行う。送信反射電力が閾値を超えるのは距離が1ｍｍ以下である。この場合送信反射電力のみでは人体への電波の輻射を低減するには不十分なことがあるので、受信電力の変化も検出することによりアンテナ切換えの判定を行う。

図１８の１８０１、１８０２、１８０３は図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応し、無線装置の筺体外装に人体が近接する度合いと到来電波の受信電力の低下の関係を示している。図１８は、横軸に外装と人体との距離、縦軸に近接無しの状態から近接した場合について通常の使用状態からの受信電力の変化量を表したものである。例えば通常の受信状態から人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍに近接するときの受信電力の変化量10dB、比較的近い場合の距離3ｍｍに近接するときの受信電力の変化量（低下分）は20dBになる。

通常の受信状態からほぼ接触している状態の距離0ｍｍに近接するときの受信電力の変化量は45dBになる。本実施形態では人体と筺体外装との距離3.5ｍｍの場合の受信電力変化量15dBを人体との近接度合いを示す受信電力変化量閾値ΔPth（第１の閾値）とする。この値以上の受信電力変化量があった場合は使用中のアンテナを無線装置の他のアンテナへ切換える。

図１６のようなアンテナ真上方向からの人体の近接の場合、距離に応じて送信反射電力、受信電力変化量共に増加する。人体の近接による送信反射電力変化が比較的小さいアンテナでは、送信反射電力の変化は小さいが、受信電力の変化は送信反射電力の変化に比べて大きい傾向を示す。

比較的に人体が近接しても送信反射電力の変化が少ないアンテナの場合で、無線装置の筺体外装に人体がアンテナの上方から近接する場合のアンテナ切換えの条件を図１９に示す。図１９に示す表の縦方向に、アンテナと筺体外装との近接度合いの大きい順番に（１）から（４）の４つの状態で示している。

表の横方向は、左から使用Ｃｈでの送信反射電力、使用Ｃｈでの受信電力変化量、人体への電波の吸収度合い、アンテナの切換え判定結果（○×）を示している。ここでアンテナ切換の判定を開始する初期状態の使用ｃｈの受信電力は通信品質を確保するには十分なレベルであり、Pth以上の値とする。受信電力Ｐ０がPth未満の場合は送信反射電力、受信電力変化量の値に拘わらず通信品質を確保する為にアンテナ切換えを行う。

（１）のケースは外装と人体の距離が0ｍｍの場合を示し、送信反射電力と受信電力変化量は共に閾値RLth、ΔPthを超えており、人体への電波の吸収は最も大きくなり、アンテナを切換えるよう判定している。

（２）のケースでは外装と人体の距離が3ｍｍの場合を示し、人体が筐体外装に接触はしていないまでも筺体外装に十分近接している状態である。送信反射電力は送信反射電力閾値RLthを超えていないが、受信電力変化量が閾値ΔPthを超えている。このケースでは人体が近接しているにも拘わらず送信反射電力は少ないが、受信電力変化量が大きく電波の人体への吸収は大きいと判断されるからアンテナを切換えるよう判定する。

（３）のケースでは外装と人体の距離が4ｍｍの場合を示し送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合であり、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないよう判定することを示している。

（４）のケースでは、外装と人体の距離が4ｍｍ以上の場合を示し（３）の場合と同様に送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合で、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないよう判定することを示している。

これらの判定は、所定の時間Ｔｏ以上、送信反射電力又は受信電力変化量が閾値を越えているかどうかを条件に加えて行ってもよい。また所定の時間Ｔｏは送信反射電力の検出と受信電力変化量の検出で異なる値にできる。

次に、人体近接による送信反射電力変化が比較的小さいアンテナの場合で、無線装置の筺体外装に人体がアンテナへの影響が小さい横方向から近接する場合の様子を図２０により説明する。図２０（Ａ）は人体が直接筺体の外装に接触している場合、図２０（Ｂ）は人体と筐体の近接度合いが比較的小さい場合、図２０（Ｃ）は近接度合いが小さい場合を示している。

図２１は、横軸に人体と筐体外装との近接度合いとして人体との距離を、縦軸に送信反射電力を示している。図２１の２１０１、２１０２、２１０３は図２０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態に対応している。図２１は、例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離４ｍｍの場合の送信反射電力は-10dB、比較的近い場合の距離3ｍｍの場合の送信反射電力も-10dB、接触している状態の距離0ｍｍの場合でも送信反射電力は-8dBとなる事を表している。

人体と筺体外装との距離0ｍｍにおける送信反射電力RLth=-8dBを送信反射電力の閾値とする。送信反射電力がこの閾値以上の場合に人体の影響が有りかつ人体への電波の輻射も有りとして使用中のアンテナを他のアンテナへ切換える動作を行う。送信反射電力が閾値RLth=-8dBとなるのはほぼ人体と外装が接触している場合のみである。このような場合にも送信反射電力のみでの判定は不十分になることがあるので、受信電力の変化を検出する事でアンテナ切換えの判定を行う。

図２２の２２０１、２２０２、２２０３は図２０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対応し、無線装置の筺体外装に人体が近接する度合いと到来電波の受信電力の低下の関係を示す概略図である。図２２は、横軸に外装と人体との距離、縦軸に近接無しの状態から近接した場合について通常の使用状態からの受信電力の変化量を表したものである。例えば人体が比較的筺体外装から遠い距離4ｍｍにあるときの受信電力の変化量0dB、比較的近い場合の距離3ｍｍにあるときの受信電力の変化量（低下分）も0dBになる。ほぼ接触している状態の距離0ｍｍのときの受信電力の変化量は5dBになる。

図１１のような人体近接による送信反射電力変化が大きいアンテナではアンテナへの影響が少ない横方向からの人体の近接の場合でも、距離に応じて送信反射電力は増加し、受信電力変化量は比較少ない変化ではあるが増加する。しかしながら人体近接による送信反射電力変化の少ないアンテナではアンテナへの影響が少ない横方向からの近接に対しては、距離に応じて送信反射電力変化、受信電力変化も少ない傾向を示す。よってこのような場合にアンテナの切換えを行うのは図２１において送信反射電力が閾値を超える距離が0ｍｍのほぼ人体が外装に接触している場合に限られる。

図２３は比較的人体近接による送信反射電力変化の少ないアンテナの場合で無線装置の筺体外装に人体がアンテナへの影響が少ない横方向から近接する場合のアンテナ切換えの条件を表している。図２３に示す表の縦方向に、アンテナと筺体外装との近接度合いの大きい順番に（１）から（４）の４つの状態を示している。

表の横方向は、左から使用Ｃｈでの送信反射電力、使用Ｃｈでの受信電力変化量、人体への電波の吸収度合い、アンテナの切換え判定結果（○×）を示している。ここでアンテナ切換の判定を開始する初期状態の使用ｃｈの受信電力Ｐ０は通信品質を確保するには十分なレベルであり、Pth以上の値とする。受信電力Ｐ０がPth未満の場合は送信反射電力、受信電力変化量の値に拘わらず通信品質を確保する為にアンテナ切換えを行う。

（１）のケースでは外装と人体の距離が0ｍｍの場合を示し、送信反射電力は閾値RLthを超えており人体の近接があると判定し、受信電力変化量は閾値ΔPth以下であるが人体への電波の吸収は中程度ありアンテナを切換える判定をしている。

（２）のケースでは外装と人体の距離が3ｍｍの場合を示し、人体が筐体外装に接触はしていないまでも筺体外装に十分近接している状態である。しかし、送信反射電力は閾値RLthを超えておらず、受信電力変化量も閾値ΔPth以下で有る事から人体への電波の吸収は小である事からアンテナを切換えない判定をしている。これは、パッチアンテナの放射方向は平面パッチの場合放射エレメントの上方である事から側面方向への電波の放射は比較的弱い為、側面方向の人体近接による送信反射電力への影響、人体への輻射は比較的少ない事に起因している。

（３）のケースでは外装と人体の距離が4ｍｍの場合を示し送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合であり、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定することを示している。

（４）のケースでは、外装と人体の距離が4ｍｍ以上の場合を示し（３）の場合と同様に送信反射電力が閾値RLthを超えていない場合で、受信電力変化量も閾値ΔPthを超えていない為アンテナを切換えないと判定することを示している。

これらのケースでも、所定の時間以上、送信反射電力が閾値を越えているかどうかを条件に加えて判定してもよい。

また、このケースでも接触を検出するセンサとアンテナとを組み合わせて検出をしてもよい。各アンテナの近傍にそれぞれセンサを設けておき、アンテナから所定範囲での物体の接触検知をする。センサが接触を検知した場合は、距離＝０ｍｍの場合に相当し、アンテナを切り換える判定をする。センサは静電容量変化を検出するタイプ等の物体の接触検知できるものが使用できる。センサにより接触を検出した場合は送信電力や受信電力変化の値に関わらずアンテナを切り換えることができ、判定漏れを解消できる。

本発明のアンテナ切換え動作を行う無線通信装置について図１により概略を説明する。無線通信装置は複数のアンテナ２１０、２１１、・・・２１２を有す。無線通信装置は複数の周波数や方式に対応する少なくとも一つの無線通信回路を備えている。制御部２０１は、反射電力検出部２０５からの反射電力検出信号３０１及び受信電力検出部２１４からの受信電力検出信号３０３を基にアンテナ切換え信号３０２を送出する。アンテナ切換え信号３０２に指示されたアンテナ切換スイッチ２０８が動作してアンテナを切換える。

送信動作時には、制御部２０１の送信パケット生成部２０２が送信データをパケットにして変調部２０３に供給する。変調部２０３は所望の変調動作をおこない、変調信号を高周波送信部２０４に供給する。高周波送信部２０４において周波数変換動作及び所望の増幅動作が行われる。高周波送信部２０４から出力した高周波信号は反射電力検出部２０５を介して送受切換えスイッチ２０７に供給される。送受切換えスイッチ２０７はアンテナ切換スイッチ２０８を介してアンテナ２１０、２１１・・・、２１２のいずれかに接続される。アンテナ切換スイッチ２０８は、制御部２０１のアンテナ切換タイミング生成部２０９からのアンテナ切換信号３０２によって制御され、アンテナ２１０、２１１・・・、２１２のいずれかを選択する。

反射電力検出部２０５は方向性結合器等で構成されており、選択されたアンテナからの送信反射電力を、アンテナ切換スイッチ２０８と送受切換スイッチ２０７を介して検出するものである。検出された送信反射電力は反射電力検出信号３０１として制御部２０１の反射電力記憶部２０６に記憶される。反射電力記憶部２０６には送信反射電力の閾値を予め記憶しておいてよい。

受信動作時にはアンテナで受信された受信信号は高周波受信部２１３にて所望の増幅、周波数変換動作が施され復調部２１５に供給される。復調部２１５にて復調動作が行われ、復調されたデータは受信データ生成部２１７に送出されると共に受信電力検出部２１４にも供給され受信電力検出信号３０３として制御部２０１の受信電力記憶部２１６に格納される。受信電力記憶部２１６には受信電力変化量の閾値を予め記憶しておいてよい。

各アンテナ２１０、２１１、・・・２１２に隣接して配置されたセンサ２１７、２１８、２１９・・・は各アンテナ近傍に物体が接触した場合に接触を検出するためのものである。センサは例えば静電容量変化を検出する等により接触を検出する。各センサの検出結果に基づいて制御部２０１のセンサ出力判定部２２０は物体との接触の有無を判定する。

図２は本発明のアンテナ切換えタイミング動作を説明するフローチャートである。はじめにアンテナ切換えを行うか否かの判定をするルーティンを開始し（Ｓ１０１）、受信電力検出部２１４で全てのアンテナの初期受信電力を検出する（Ｓ１０２）。制御部２０１で複数アンテナの受信電力レベルを比較する（Ｓ１０３）。アンテナ切替えタイミング生成部２０９は、アンテナ切替え信号３０２をアンテナ切替スイッチ２０８に出力し、受信電力レベルが最も大きいアンテナを選択する（Ｓ１０４）。

制御部２０１は選択されたアンテナの初期受信電力Ｐ０を受信電力記憶部２１６に格納し（Ｓ１０５）、制御部２０１は初期受信電力Ｐ０とあらかじめ記憶部に記憶してある受信電力閾値Pthとを比較する。初期受信電力Ｐ０がPth以下ならば制御部２０１はアンテナの受信レベルが低いと判定し（Ｓ１０６）、アンテナ切換スイッチ２０８を制御して使用中のアンテナを他のアンテナに切換える（Ｓ１０７）。両者の関係がＰ０＞Pthならば制御部２０１は受信レベルは十分と判定して次のステップ（Ｓ１０８）へ進む。

次のステップでは反射電力検出部２０５が送信出力電力の反射電力Prefを検出する（Ｓ１０８））。制御部２０１は反射電力Prefと予め記憶部に格納してある送信反射電力の閾値RLthを比較し、PrefがRLth以上ならば人体の近接度合いが大きいと判定する。次に制御部２０１はその状態が所定時間Ｔｏ以上継続しているか判定し（Ｓ１１０）、状態が所定時間以上継続している場合に、アンテナ切換スイッチ２０８を制御して使用中のアンテナを他のアンテナに切換える（Ｓ１１４）。

ここで送信反射電力の閾値RLthは送信電力の概ね２０％程度が好ましい。PrefがRLthより小さいならば制御部２０１は反射電力レベルが小さいと判定して、次のステップにおいて現在の受信電力Ｐｒｅｃを検出する（Ｓ１１１）。次に、初期受信電力Ｐ０と現在の受信電力Ｐｒｅｃとの差ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ０-Ｐrec）を算出して受信電力変化量とする（Ｓ１１２）。制御部２０１は受信電力変化量ΔＰと予め記憶部に格納してある受信電力変化量閾値ΔPthとを比較する。ΔＰがΔPth以上ならば受信電力変化が大きい事から人体近接度合いが大きいと判定する（Ｓ１１３）。その状態が所定時間継続しているとき制御部２０１はアンテナ切換スイッチ２０８を制御して使用中のアンテナを他のアンテナに切換える（Ｓ１１４）。ΔＰがΔPthより小さいならば受信電力変化が小である事から制御部２０１は人体の近接度合いは少ないと判定して次のステップへ進む。ここで受信電力変化量閾値ΔPthは概ね１５ｄＢ程度が好ましい。

制御部２０１は次のステップ（Ｓ１１５）で各アンテナ近傍に配置してあるセンサ２１７−２１９の検出結果を出力する。制御部２０１は、使用中のアンテナの近傍に配置したセンサの検出結果が有るときは、受信電力の変化は少ないが使用中のアンテナ近傍に人体の一部が接触していると判定する。その場合、制御部２０１は、接触有りの判定に基づいてアンテナ切換スイッチ２０８を制御して使用中のアンテナを他のアンテナに切換える（Ｓ１１４）。センサ出力がないならば制御部２０１は人体接触はないと判定する（Ｓ１１５）。以上のような判定フローを繰り返して行うことができる。

上記説明ではＳ１１０とＳ１１３の検出時間は同じ所定時間としているが、異なる時間を用いてもよい。反射電力Prefが閾値を上回る場合の方が受信電力変化量ΔＰが閾値を上回る場合よりも人体がアンテナに近接している可能性が高い。そこで、Ｓ１１０の判定にかける時間をＳ１１３の判定にかける時間よりも短くした方が人体への電波の輻射量を軽減できる可能性が高い。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

以上のように、本実施形態によれば送信反射電力と受信電力量を検出して人体の筐体への接近、近接を検出し、使用中のアンテナを別のアンテナに切替える。アンテナ周辺の回路規模を増加させることなく、人体とアンテナの相互の影響を低減することができる。

受信電力の変化だけをみる方法では人体の近接を検出できないことがあり得る。しかし、送信反射電力の大きさ及びセンサ出力の有無を判定の条件に加えることにより人体の近接を検出でき、人体への電波の輻射を防止できる。また、送信反射電力が小さい場合も受信電力の変化が大きい場合は人体が接近していると判定することで人体への電波の輻射を防止できる効果がある。送信反射電力だけを判定の条件とする方法より人体への電波の輻射を防止できる。また、センサ出力だけを判定の条件とする方法では筐体と人体の接触しか検出できないが、送信反射電力と受信電力の変化を検出することにより非接触での人体の近接を検出することができる。

Claims (8)

1. 複数のアンテナから選択したアンテナを用いて無線通信する無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナから選択したアンテナで受信した受信電力を検出する受信電力検出手段と、
   前記選択したアンテナにおける送信反射電力を検出する反射電力検出手段と、
   前記受信電力検出手段により検出された受信電力の変化量と前記反射電力検出手段により検出された反射電力の電力量とに基づいて、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換える切換え手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記切換え手段は、前記受信電力検出手段によって検出された受信電力の変化量が第１の閾値を超えた場合に、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記切換え手段は、前記反射電力検出手段が検出した反射電力が第２の閾値を超えた場合に、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記無線通信装置の筐体上の前記選択したアンテナから所定の範囲における物体の接触を検出する接触検出手段を更に備え、
   前記切換え手段は、前記接触検出手段により物体の接触が検出された場合に、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 複数のアンテナから選択したアンテナを用いて無線通信する無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナから選択したアンテナで受信した受信電力を検出する受信電力検出手段と、
   前記無線通信装置の筐体上の前記選択したアンテナから所定の範囲における物体の接触を検出する接触検出手段と、
   前記受信電力検出手段により検出された受信電力の変化量と前記接触検出手段による接触の検出結果とに基づいて、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換える切換え手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 複数のアンテナから選択したアンテナを用いて無線通信する無線通信装置の制御方法であって、
   選択したアンテナで受信した受信電力の変化量と、前記選択したアンテナにおける送信反射電力の電力量とに基づいて、前記選択したアンテナを別のアンテナに切り換える工程と、を有することを特徴とする無線通信装置の制御方法。
7. 複数のアンテナから選択したアンテナを用いて無線通信する無線通信装置の制御方法であって、
   選択したアンテナで受信した受信電力の変化量と、前記無線通信装置の筐体上の前記選択したアンテナから所定の範囲における物体の接触検出の検出結果とに基づいて、通信に使用するアンテナを別のアンテナに切り換える工程と、を有することを特徴とする無線通信装置の制御方法。
8. 請求項６または７に記載された制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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