JP2014075667A - 携帯通信装置及びアンテナ切替方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したアンテナ性能を確保できる携帯通信装置等を提供する。
【解決手段】携帯電話機は、８８０ＭＨｚ帯に共振特性を有する第１のエレメント５及び、８８０ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの間の１．１ＧＨｚに共振特性を有する第２のエレメント６を含むアンテナ本体２を有する。携帯電話機は、アンテナ本体２と高周波回路１２との間を接続するスイッチ２１と、アンテナ本体２と高周波回路１２との間を、スイッチ２１と並列に接続するコンデンサ２２とを有する。携帯電話機は、スイッチ２１のＯＮに応じて第１のエレメント５を第１の周波数に共振させると共に、スイッチ２１のＯＦＦに応じてアンテナ本体２と高周波回路１２との間のコンデンサ２２を通じて、第２のエレメント６を第２の周波数に共振させる制御回路を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯通信装置及びアンテナ切替方法に関する。

近年、携帯電話機では、高速データ通信規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution、登録商標、以下同様）のサービスが開始されている。ＬＴＥサービスの提供を受ける携帯電話機では、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術を採用し、下り通信に、メインアンテナの他に、サブアンテナを用いることがある。

また、ＬＴＥサービスで使用する周波数も、例えば、従来の２ＧＨｚ帯のみから、例えば、８８０ＭＨｚ帯や１．５ＧＨｚ帯等の周波数帯も加わったことで、マルチバンド化が進んでいる。従って、携帯電話機では、複数の周波数帯に対応したマルチアンテナを要することとなる。

その一方、携帯電話機は、携帯電話機自体の小型化に伴って内部スペースも狭く、その限られたスペースの中でアンテナ装置を実装することが求められている。従って、アンテナ装置自体も小型化することが求められている。

国際公開第２００９／０１９７８２号 特開２００９−２２４９４５号公報 実用新案登録第３１０４１５０号公報 特開２０１２−２３４９３号公報 特開平１０−９８４０５号公報 特開２０１２−６０３８０号公報

しかしながら、携帯電話機のアンテナ装置では、例えば、１．５ＧＨｚが８８０ＭＨｚの略２倍であるため、双方に流れる電流が逆相の関係となることで、８８０ＭＨｚ帯のエレメントを流れる電流が１．５ＧＨｚ帯のエレメントを流れる電流をキャンセルする。その結果、１．５ＧＨｚ帯のエレメントに十分な電流が流れにくくなるため、アンテナ性能が低下してしまう。

また、携帯電話機のアンテナ装置では、単一のエレメントを整合回路で切替えて使用し、例えば、８８０ＭＨｚ帯のアンテナ長のエレメントを１．５ＧＨｚ帯に整合させるために小容量のコンデンサを備えたものが知られている。しかしながら、アンテナ装置では、コンデンサの容量を小さくし、共振周波数が１．５ＧＨｚの場合、そのコンデンサのインピーダンスが高くなる。その結果、１．５ＧＨｚ帯のエレメントに十分な電流が流れにくくなるため、アンテナ性能が低下してしまう。

一つの側面では、安定したアンテナ性能を確保できる携帯通信装置及びアンテナ切替方法を提供することを目的とする。

一つの案では、携帯通信装置が、第１の周波数に共振特性を有する第１のエレメント及び、前記第１の周波数と、当該第１の周波数よりも高い第２の周波数との間の第３の周波数に共振特性を有する第２のエレメントを含むアンテナ本体を有する。更に、携帯通信装置は、前記アンテナ本体と高周波回路との間を接続するスイッチと、前記アンテナ本体と前記高周波回路との間を、前記スイッチと並列に接続するコンデンサとを有する。更に、携帯通信装置は、前記スイッチのオンに応じて前記第１のエレメントを前記第１の周波数に共振させる制御回路を有する。更に、制御回路は、前記スイッチのオフに応じて前記アンテナ本体と前記高周波回路との間の前記コンデンサを通じて、前記第２のエレメントを前記第２の周波数に共振させる。

開示の態様では、安定したアンテナ性能を確保できる。

図１は、実施例１のアンテナ装置外観の一例を示す説明図である。 図２は、実施例１のアンテナ本体の一例を示す説明図である。 図３は、実施例１のアンテナ装置の一例を示す説明図である。 図４は、実施例１のアンテナ装置のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。 図５Ａは、実施例１のアンテナ装置に関わるスイッチＯＮ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図５Ｂは、実施例１のアンテナ装置に関わるスイッチＯＦＦ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図６は、実施例２のアンテナ本体の一例を示す説明図である。 図７は、実施例２のアンテナ装置のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。 図８Ａは、実施例２のアンテナ装置に関わるスイッチＯＮ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図８Ｂは、実施例２のアンテナ装置に関わるスイッチＯＦＦ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図９は、実施例３のアンテナ本体の一例を示す説明図である。 図１０は、実施例３のアンテナ装置のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。 図１１Ａは、実施例３のアンテナ装置に関わるスイッチＯＮ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図１１Ｂは、実施例３のアンテナ装置に関わるスイッチＯＦＦ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図１２は、実施例４のアンテナ本体の一例を示す説明図である。 図１３は、実施例４のアンテナ装置の一例を示す説明図である。 図１４は、実施例４のアンテナ装置のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。 図１５Ａは、実施例４のアンテナ装置に関わるスイッチＯＮ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。 図１５Ｂは、実施例４のアンテナ装置に関わるスイッチＯＦＦ時のＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する携帯通信装置及びアンテナ切替方法の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

図１は、実施例１のアンテナ装置１外観の一例を示す説明図である。図１に示すアンテナ装置１は、例えば、携帯電話機のアンテナ装置である。アンテナ装置１は、アンテナ本体２と、回路基板３と、電池部４とを有する。アンテナ本体２は、給電点７を基点にして、第１のエレメント５と第２のエレメント６とに分岐する２分岐モノポールアンテナである。

第１のエレメント５は、第１の周波数帯、例えば、８８０ＭＨｚを中心とする８８０ＭＨｚ帯に共振する共振特性を有するアンテナ素子である。第２のエレメント６は、第１の周波数帯と、第２の周波数帯、例えば、１．５ＧＨｚとの間の第３の周波数帯、例えば、１．１ＧＨｚを中心とする１．１ＧＨｚ帯に共振する共振特性を有するアンテナ素子である。

図２は、実施例１のアンテナ本体２の一例を示す説明図である。図２に示すアンテナ本体２は、前述した通り、給電点７を基点に第１のエレメント５及び第２のエレメント６に分岐する。第１のエレメント５は、８８０ＭＨｚ帯の共振特性を有しているため、第２のエレメント６に対応したアンテナ長に比較して長い。これに対して、第２のエレメント６は、１．１ＧＨｚ帯の共振特性を有しているため、第１のエレメント５に対応したアンテナ長に比較して短い。

図３は、実施例１のアンテナ装置１の一例を示す説明図である。図３に示すアンテナ装置１は、アンテナ本体２と、整合回路１１と、高周波回路１２と、並列回路１３と、制御回路１４とを有する。高周波回路１２は、アンテナ本体２に高周波電力を通電する回路である。並列回路１３は、アンテナ本体２と高周波回路１２との間を接続するスイッチ２１と、アンテナ本体２と高周波回路１２との間を、スイッチ２１と並列に接続するコンデンサ２２とを有する。コンデンサ２２は、第２のエレメント６の共振周波数を、例えば１．１ＧＨｚから１．５ＧＨｚに整合する。また、例えば１．１ＧＨｚから１．５ＧＨｚに整合するコンデンサ２２の容量は、例えば、０．７５ｐＦとすると、１．５ＧＨｚ時のコンデンサ２２のインピーダンスは約１４０Ωとなる。その結果、１．５ＧＨｚ時の第２のエレメント６への電流が流れ易くなる。制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１をＯＮ又はＯＦＦに制御する。

第１のエレメント５の共振周波数を８８０ＭＨｚ、第２のエレメント６の共振周波数を１．１ＧＨｚに設定しているため、第１のエレメント５及び第２のエレメント６の共振周波数も近く、電流分布も近くなる。その結果、例えば、第１のエレメント５及び第２のエレメント６の逆相の電流発生がなくなるため、第２のエレメント６への電流が流れ易くなる。

次に実施例１のアンテナ装置１の動作について説明する。図４は、実施例１のアンテナ装置１のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＮに応じて、アンテナ本体２と高周波回路１２との間をショートする。そして、第１のエレメント５は、８８０ＭＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図４に示す通り、第１のエレメント５の放射効率は、−４．８ｄＢとなる。尚、８８０ＭＨｚ帯の第１のエレメント５の放射効率の目標値は−５ｄＢであるため、その目標値を達成していることになる。

また、制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＦＦに応じて、アンテナ本体２と高周波回路１２との間のコンデンサ２２のみで接続する。そして、第２のエレメント６は、コンデンサ２２によって共振周波数を１．１ＧＨｚ帯から１．５ＧＨｚ帯に整合し、１．５ＧＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図４に示す通り、第２のエレメント６の放射効率は、−３．８ｄＢとなる。尚、１．５ＧＨｚ帯の第２のエレメント６の放射効率の目標値は−４ｄＢであるため、その目標値を達成していることになる。

図５Ａは、実施例１のスイッチＯＮ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性の一例を示す説明図である。図５Ａに示す第１のエレメント５のＶＳＷＲ値は、８８０ＭＨｚ付近で「３」程度である。また、第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．１ＧＨｚ付近で「３」程度である。尚、ＶＳＷＲ値は、小さくなるに連れてアンテナ性能も高くなる指標である。

図５Ｂは、実施例１のスイッチＯＦＦ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。図５Ｂに示す第１のエレメント５のＶＳＷＲ値は、約１ＧＨｚ付近で「６」程度であるものの、第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．５ＧＨｚ付近で「４」程度である。

すなわち、アンテナ装置１は、スイッチ２１のＯＮに応じて第１のエレメント５が８８０ＭＨｚ帯に共振する放射素子として動作し、スイッチ２１のＯＦＦに応じて第２のエレメント６が１．５ＧＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。

実施例１のアンテナ装置１では、第２のエレメント６の共振周波数を８８０ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの間の１．１ＧＨｚに設定し、スイッチ２１のＯＦＦに応じてコンデンサ２２を通じて第２のエレメント６を１．５ＧＨｚに共振させる。その結果、第１のエレメント５及び第２のエレメント６の共振周波数が近いため逆相の電流が発生せず、第２のエレメント６に電流が流れ易くなるため、安定したアンテナ性能を確保できる。

アンテナ装置１では、第２のエレメント６を１．１ＧＨｚから１．５ＧＨｚに整合させる量が少ないため、使用するコンデンサ２２の容量を小さくする必要はなく、例えば、０．７５ｐＦ程度で済む。その結果、１．５ＧＨｚ時にコンデンサ２２のインピーダンスは、約１４０Ω程度で済むため、第２のエレメント６に電流が流れ易く、安定したアンテナ性能を確保できる。

実施例１のアンテナ装置１は、第１のエレメント５と第２のエレメント６との先端部位の配置間隔を狭くした。しかしながら、第２のエレメント６の引き回しを変えて、第１のエレメント５と第２のエレメント６との先端部位の配置間隔を広くしても良く、この場合の実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。尚、実施例１のアンテナ装置１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図６は、実施例２のアンテナ本体２Ａの一例を示す説明図である。図６に示すアンテナ本体２Ａは、第２のエレメント６Ａの引き回しを変更して、第１のエレメント５と第２のエレメント６Ａとの先端部位の配置間隔を広くした。そして、第１のエレメント５と第２のエレメント６Ａとの先端部位の配置間隔を広くすることで、第１のエレメント５と第２のエレメント６Ａとの間の電磁誘導の容量結合を小さくする。

図７は、実施例２のアンテナ装置１のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＮに応じて、アンテナ本体２Ａと高周波回路１２との間をショートする。そして、第１のエレメント５は、８８０ＭＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図７に示す通り、第１のエレメント５の放射効率は、−４．６ｄＢとなる。

また、制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＦＦに応じて、アンテナ本体２Ａと高周波回路１２との間のコンデンサ２２のみで接続する。そして、第２のエレメント６Ａは、コンデンサ２２によって共振周波数を１．３ＧＨｚ帯から１．５ＧＨｚ帯に整合し、１．５ＧＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図７に示す通り、第２のエレメント６Ａの放射効率は、−３．９ｄＢとなる。

図８Ａは、実施例２のスイッチＯＮ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性の一例を示す説明図である。図８Ａに示す第１のエレメント５のＶＳＷＲ値は、８８０ＭＨｚ付近で「３」程度である。また、第２のエレメント６ＡのＶＳＷＲ値は、１．３ＧＨｚ付近で「３」程度である。

図８Ｂは、実施例２のスイッチＯＦＦ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。図８Ｂに示す第１のエレメント５のＶＳＷＲ値は、約１．１ＧＨｚ付近で「７」程度であるものの、第２のエレメント６ＡのＶＳＷＲ値は、１．５ＧＨｚ付近で「４」程度である。

実施例２のアンテナ装置１では、第１のエレメント５と第２のエレメント６Ａとの先端側部位の間隔を広くして第１のエレメント５と第２のエレメント６Ａとの間の容量結合を小さくした場合でも、実施例１と同程度のアンテナ性能を確保できる。

尚、実施例１のアンテナ装置１は、第１のエレメント５を直線形状にしたが、第１のエレメント５をメアンダ形状にしても良く、この場合の実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。尚、実施例１のアンテナ装置１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図９は、実施例３のアンテナ本体２Ｂの一例を示す説明図である。図９に示すアンテナ本体２Ｂは、第１のエレメント５Ａをメアンダ形状とし、第１のエレメント５Ａと第２のエレメント６との間を隣接配置し、第１のエレメント５Ａと第２のエレメント６との間の容量結合を大きくする。

図１０は、実施例３のアンテナ装置１のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＮに応じて、アンテナ本体２Ｂと高周波回路１２との間をショートする。そして、第１のエレメント５Ａは、８８０ＭＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図１０に示す通り、第１のエレメント５Ａの放射効率は、−４．７ｄＢとなる。

また、制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＦＦに応じて、アンテナ本体２Ｂと高周波回路１２との間のコンデンサ２２のみで接続する。そして、第２のエレメント６は、コンデンサ２２によって共振周波数を１．２ＧＨｚ帯から１．５ＧＨｚ帯に整合し、１．５ＧＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図１０に示す通り、第２のエレメント６の放射効率は、−３．５ｄＢとなる。

図１１Ａは、実施例３のスイッチＯＮ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性の一例を示す説明図である。図１１Ａに示す第１のエレメント５ＡのＶＳＷＲ値は、８８０ＭＨｚ付近で「３」程度である。また、第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．２ＧＨｚ付近で「３」程度である。

図１１Ｂは、実施例３のスイッチＯＦＦ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。図１１Ｂに示す第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．５ＧＨｚ付近で「４」程度である。

実施例３のアンテナ装置１では、第１のエレメント５Ａをメアンダ形状にして第１のエレメント５Ａと第２のエレメント６との間の容量結合を大きくした場合でも、小型化を図りながら、実施例１と同程度のアンテナ性能を確保できる。

尚、実施例３のアンテナ装置１は、第１のエレメント５Ａをメアンダ形状にしたが、直線形状にし、第１のエレメント５Ａを直線形状にしてアンテナ長が短くなった分、直列のインダクタで共振周波数を補間するようにしても良い。この場合の実施の形態につき、実施例４として以下に説明する。尚、実施例１のアンテナ装置と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１２は、実施例４のアンテナ本体２Ｃの一例を示す説明図である。図１２に示すアンテナ本体２Ｃは、第１のエレメント５Ｂと第２のエレメント６との間を隣接配置すると共に、第１のエレメント５Ｂのアンテナ長を短くした分、インダクタ２３を使用して第１のエレメント５Ｂの共振周波数を８８０ＭＨｚに共振させるようにした。

図１３は、実施例４のアンテナ装置１の一例を示す説明図である。図１３に示すアンテナ装置１は、アンテナ本体２Ｃと、高周波回路１２と、並列回路１３と、制御回路１４とを有する。並列回路１３は、アンテナ本体２Ｃと高周波回路１２との間を直列に接続するスイッチ２１及びインダクタ２３と、アンテナ本体２Ｃと高周波回路１２との間を接続するコンデンサ２２とを有する。インダクタ２３は、第１のエレメント５Ｂの共振周波数を８８０ＭＨｚに下げる。尚、インダクタ２３のインダクタンス値は、コンデンサ２２を０．７５ｐＦとした場合、３．３ｎＨである。

図１４は、実施例４のアンテナ装置１のアンテナ放射特性の一例を示す説明図である。制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＮに応じて、アンテナ本体２Ｃと高周波回路１２との間をインダクタ２３経由でショートする。そして、第１のエレメント５Ｂは、アンテナ長を短くした分、インダクタ２３によって共振周波数を下げ、８８０ＭＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図１４に示す通り、第１のエレメント５Ｂの放射効率は、−４．５ｄＢとなる。

また、制御回路１４は、並列回路１３内のスイッチ２１のＯＦＦに応じて、アンテナ本体２Ｃと高周波回路１２との間のコンデンサ２２のみで接続する。そして、第２のエレメント６は、コンデンサ２２によって共振周波数を１．３ＧＨｚ帯から１．５ＧＨｚ帯に整合し、１．５ＧＨｚ帯に共振する放射素子として動作する。この際、図１４に示す通り、第２のエレメント６の放射効率は、−３．５ｄＢとなる。

図１５Ａは、実施例４のスイッチＯＮ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性の一例を示す説明図である。図１５Ａに示す第１のエレメント５ＢのＶＳＷＲ値は、８８０ＭＨｚ付近で「３」程度である。また、第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．３ＧＨｚ付近で「１０」程度である。

図１５Ｂは、実施例４のスイッチＯＦＦ時のアンテナ装置１に関わるＶＳＷＲ特性の一例を示す説明図である。図１５Ｂに示す第１のエレメント５ＢのＶＳＷＲ値は、１．２５ＧＨｚ付近で「７」程度である。また、第２のエレメント６のＶＳＷＲ値は、１．５ＧＨｚ付近で「３」程度である。

実施例４のアンテナ装置１では、第１のエレメント５Ｂのアンテナ長を短くして、第１のエレメント５Ｂの共振周波数をインダクタ２３で補間した場合でも、実施例１と同程度のアンテナ性能を確保できる。また、第１のエレメント５Ｂのアンテナ長を短くしたことでアンテナ装置１全体を小型化できる。

尚、上記実施例では、第２のエレメント６を８８０ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの間の周波数、例えば、１．１ＧＨｚ〜１．３ＧＨｚ程度にしたが、これら数値に限定されるものではない。

また、上記実施例では、第１の周波数として８８０ＭＨｚ、第２の周波数として１．５ＧＨｚを例示したが、これら数値に限定されるものではない。

１ アンテナ装置
２ アンテナ本体
２Ａ アンテナ本体
２Ｂ アンテナ本体
２Ｃ アンテナ本体
５ 第１のエレメント
５Ａ 第１のエレメント
５Ｂ 第１のエレメント
６ 第２のエレメント
６Ａ 第２のエレメント
１３ 並列回路
１４ 制御回路
２１ スイッチ
２２ コンデンサ
２３ インダクタ

Claims (4)

1. 第１の周波数に共振特性を有する第１のエレメント及び、前記第１の周波数と、当該第１の周波数よりも高い第２の周波数との間の第３の周波数に共振特性を有する第２のエレメントを含むアンテナ本体と、
   前記アンテナ本体と高周波回路との間を接続するスイッチと、
   前記アンテナ本体と前記高周波回路との間を、前記スイッチと並列に接続するコンデンサと、
   前記スイッチのオンに応じて前記第１のエレメントを前記第１の周波数に共振させると共に、前記スイッチのオフに応じて前記アンテナ本体と前記高周波回路との間の前記コンデンサを通じて、前記第２のエレメントを前記第２の周波数に共振させる制御回路と
   を有することを特徴とする携帯通信装置。
2. 前記アンテナ本体と前記高周波回路との間に前記スイッチと直列なインダクタを接続したことを特徴とする請求項１に記載の携帯通信装置。
3. 前記第１のエレメントは、
   前記第１の周波数の共振特性に対応したアンテナ長を有し、
   前記第２のエレメントは、
   前記第３の周波数の共振特性に対応したアンテナ長を有することを特徴とする請求項１に記載の携帯通信装置。
4. 携帯通信装置のアンテナ切替方法であって、
   前記携帯通信装置は、
   第１の周波数に共振特性を有する第１のエレメント及び、前記第１の周波数と、当該第１の周波数よりも高い第２の周波数との間の第３の周波数に共振特性を有する第２のエレメントを含むアンテナ本体と高周波回路との間を接続するスイッチのオンに応じて前記第１のエレメントを前記第１の周波数に共振させ、
   前記スイッチのオフに応じて前記アンテナ本体と前記高周波回路との間のコンデンサを通じて前記第２のエレメントを前記第２の周波数に共振させる
   各処理を実行することを特徴とするアンテナ切替方法。

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