JP2014165659A

JP2014165659A - 携帯通話機器

Info

Publication number: JP2014165659A
Application number: JP2013034889A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Miyoshi; 秀明三好
Original assignee: Aiphone Co Ltd
Current assignee: Aiphone Co Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】使用者の把持操作を検出してスタブの切り替えを実施することで、受信電力強度を測定すること無く良好な通信を継続し、更にスタブ線路を小型な切換回路により切り替えを可能とした携帯通話機器を提供する。
【解決手段】アンテナ１１と無線送受信部２０との間の伝送線路２１に特性インピーダンス変更のためのスタブ線路２２を設け、スタブ線路２２の伝送線路２１に対する接続／切断を操作するＦＥＴスイッチ素子２３と、人体の接触を感知する静電容量スイッチ１６と、ＦＥＴスイッチ素子２３を制御するスイッチ素子制御部２４とを有し、スイッチ素子制御部２４が、静電容量スイッチ１６の感知情報を基にＦＥＴスイッチ素子２３をオン／オフ制御して、アンテナ１１の特性インピーダンスを変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コードレス電話機やワイヤレスインターホン等の携帯通話機器に関する。

コードレス電話機やワイヤレスインターホン端末等の携帯通話機器には、ギガヘルツ帯（例えば、１．９ギガヘルツ）を使用して親機と通信するものがある。このような高い周波数で通信が行われる場合、携帯通話機器に内蔵されているアンテナは、人体が接近するだけでインピーダンスが変化することが知られている。このような高い周波数帯の信号を扱う回路（ＲＦ回路）は分布定数回路になるため、手で掴んで保持しているような人体が接触している状態と、保持されていない置いた状態（載置状態）とでは、アンテナのインピーダンス（特性インピーダンス）が大きく変化する。
これは、人体は高い周波数帯の電波に対して吸収または散乱を生じさせる高誘電率を有する電波吸収体として作用することに依る。

アンテナの特性インピーダンスが変化して内部通信回路との間でインピーダンスの不整合が顕著になると、電力の反射が発生して大きなエネルギー損失が発生し、通信が非効率になるばかりでなく、内部通信への干渉も発生し、機器動作の品質低下にも影響してしまう。そのため、把持状態と載置状態の双方何れの状態において通信感度を良好な状態に保つためには、アンテナを改良したりインピーダンス整合のための回路が必要となる。

アンテナにおいては、把持された状態や載置された状態等の周囲環境の影響を受けにくい内蔵アンテナが設計されているが、把持時と載置時の２つの環境に良好に対応できる内蔵アンテナを作ることは非常に困難な状況にある。

一方で、複数種類のスタブを用意して、アンテナに接続するスタブを切り替えて特性インピーダンスを変更することで、受信電力強度が最大となるスタブを選択する構成を備えた無線通話機器がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２３４５０号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成の場合、把持した状態と載置した状態の双方に対してインピーダンス整合を採ることは可能であるが、スタブを切り替える構造が複雑なために機器の小型化が難しい。また、受信電力強度を比較する回路やスタブ切替回路が必要でありコスト高を招いていた。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、使用者の把持操作を検出してスタブの切り替えを実施することで、受信電力強度を測定すること無く良好な通信を継続し、更にスタブ線路を小型な切換回路により切り替えを可能とした携帯通話機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、アンテナと内部通信回路とを接続する伝送線路にインピーダンス整合のためのスタブ線路を備えた携帯通話機器であって、スタブ線路の伝送線路への接続／切断を行う半導体スイッチ素子と、半導体スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、人体の接触を感知する接触感知手段とを有し、スイッチ素子制御部は、接触感知手段の感知情報を基に半導体スイッチ素子をオン／オフ制御し、アンテナの特性インピーダンスを変更することを特徴とする。
この構成によれば、使用者が把持することでアンテナの特性インピーダンスが変化しても、スタブ線路の着脱操作により把持した状態と把持しない載置状態の双方の状態で、アンテナと内部通信回路とのインピーダンス整合を図ることが可能となり、反射波等の電力強度をその都度調べる必要が無くなる。よって、低コストでインピーダンス整合を実施することが可能となるし、半導体スイッチ素子によりスタブ線路を切り替えるため、省スペースで実施できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、接触感知手段は、携帯通話機器筐体の複数箇所に設置されると共に、スタブ線路は伝送線路に複数並列配置されて、個々に半導体スイッチ素子を介して伝送線路に接続され、スイッチ素子制御部は、個々の接触感知手段の感知動作に応じて予め設定された組み合わせで半導体スイッチ素子をオン／オフ制御することを特徴とする。
この構成によれば、接触感知手段を複数設置することで、人体が接触した部位から把持形態を判別することが可能となり、それぞれの形態で変化するアンテナのインピーダンスに応じてスタブ線路を調整してインピーダンス整合を実施することが可能となる。よって、単に把持されているだけの状態に加えて、耳に押し当てられている状態等を判別してインピーダンス整合を実施することができ、常に良好な通信を実施することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の構成において、アンテナの送受信電力を増幅する利得変更可能な増幅回路を有し、接触感知手段の感知動作を受けて、増幅回路の利得を増大させる利得制御部を有することを特徴とする。
この構成によれば、携帯通話機器が把持された場合に利得を増大させるため、接触した人体による電波の吸収を補償することができ、良好な通信を実現できる。逆に、接触していない状態では利得を抑えることで無駄な電力消費を防止できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成において、通話開始操作を受けてスイッチ素子制御部を起動する電力制御部を有することを特徴する。
この構成によれば、操作者が把持しても通話状態にない場合はスイッチ素子を制御しないため、制御系の電力を削減できる。そして、通話が開始されたら、インピーダンス整合動作するため、良好な通話を実施できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の構成において、各種情報を表示する液晶表示部を有し、接触感知手段が人体の接触を感知したら液晶表示部のバックライトをオンする照明制御部を有することを特徴とする。
この構成によれば、電力消費量を低減できバッテリーの寿命を延ばすことができる。

本発明によれば、使用者が把持することでアンテナの特性インピーダンスが変化しても、スタブ線路の着脱操作により把持した状態と把持しない載置状態の双方の状態で、アンテナと内部通信回路とのインピーダンス整合を図ることが可能となり、反射波等の電力強度をその都度調べる必要が無くなる。よって、低コストでインピーダンス整合を実施することが可能となるし、半導体スイッチ素子によりスタブ線路を切り替えるため、省スペースで実施できる。

本発明に係る携帯通話機器の一例としてのワイヤレスインターホン端末の説明図である。図１のワイヤレスインターホン端末を含むインターホン装置の構成図である。ワイヤレスインターホン端末の回路ブロック図である。スタブ線路を用いたインピーダンス整合の説明図であり、（ａ）はアンテナの特性インピーダンスが伝送線路の特性インピーダンスより大きい場合、（ｂ）は小さい場合を示している。伝送線路の入力インピーダンスと負荷インピーダンスの関係を示す説明図である。スタブ線路の設置位置及び具体的長さを示すワイヤレスインターホン端末の説明図である。ワイヤレスインターホン端末の他の例を示す回路ブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る携帯通話機器の一例を示すワイヤレスインターホン端末１の説明図であり、１０はアンテナ配置部、１２は来訪者映像等各種情報を表示する液晶表示部、１３は呼び出しを受けて応答操作する操作部、１４はマイク、１５はスピーカ、１６は人体の接触を感知する静電容量スイッチを示している。ここでは、３個の静電容量スイッチ１６を備えた構成を示している。

図２は、このワイヤレスインターホン端末１を備えたインターホン装置の構成を示し、２は住戸の入り口に設置されて来訪者が居住者を呼び出すための呼出ボタン２ａ、カメラ２ｂを備えた玄関子機、３は住戸内に設置されて玄関子機２からの呼び出しに応答するための通話ボタン３ａ、来訪者映像や各種情報を表示する液晶表示部３ｂを備えた居室親機である。
居室親機３には、ワイヤレスインターホン端末１との間で通信を実施するためのアンテナ３１が設けられ、玄関子機２が呼出操作されたら、居室親機３及び居室親機３を介してワイヤレスインターホン端末１で呼び出しが報音される。そして、操作部１３が応答操作されると、居室親機３を介して玄関子機２とワイヤレスインターホン端末１との間で通話路が形成され、来訪者との間で通話が可能となる。

図３はワイヤレスインターホン端末１の回路ブロック図を示している。図３に示すように、液晶表示部１２、操作部１３、静電容量スイッチ１６に加えて、アンテナ１１、バッテリーを備えた電源部１７、マイク１４、スピーカ１５や音響回路等を備えたインターホン部１８、アンテナ１１を介して居室親機３と通信する無線送受信機部２０、アンテナ１１を無線送受信機部２０に接続するマイクロストリップ線路から成る伝送線路２１、伝送線路２１の途中に接続される３本のスタブ線路２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）、スタブ線路２２と伝送線路２１との接続部に設けられたＦＥＴスイッチ素子２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）、ＦＥＴスイッチ素子２３を制御するスイッチ素子制御部２４、ワイヤレスインターホン端末１の各部を制御する端末ＣＰＵ２５等を備えている。

スタブ線路２２は長さＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）で形成され、ＦＥＴスイッチ素子２３により伝送線路２１に対して接続／切断が実施される。ＦＥＴスイッチ素子２３は、３個の静電容量スイッチ１６の感知動作に応じてスイッチ素子制御部２４により予め設定されたオン／オフ制御が実施され、無線送受信機部２０の伝送線路２１に接続する端子２０ａでのアンテナ１１を含む伝送線路２１の入力インピーダンスが変更されるよう構成されている。尚、スタブ線路の長さＢ及び設置位置は予め試験により設定される。

ここで、スタブ線路２２の伝送線路２１上の連結位置と長さについて説明する。無線送受信機部２０の端子２０ａの特性インピーダンス（これは伝送線路２１の特性インピーダンスと等しくなっている）をＺｏ、アンテナ１１の伝送線路２１と接続する端子１１ａの特性インピーダンスをＺａ、周波数ｆの電波の誘電体内の波長をλｇとすると、アンテナ端子１１ａからスタブ線路２２までの距離をＡとすると、この距離Ａとスタブ線路長Ｂは次式により求められることが知られている。
但し、数１はＺａ＞Ｚｏの場合、数２はＺａ＜Ｚｏの場合を示し、数１に対応する説明図を図４（ａ）、数２に対応する説明図を図４（ｂ）に示している。また、Ｚａ＝Ｚｏの場合はスタブ線路２２を伝送線路２１から切り離せば良く、この状態は人体が触れていない載置状態の特性である。また、ＳＷＲはＺａ＞Ｚｏの場合はＺａ／Ｚｏ、Ｚａ＜Ｚｏの場合はＺｏ／Ｚａで求められる定在波比である。

また、数３は入力インピーダンスの演算式を示し、図５はその説明図である。線路長Ｌで特性インピーダンスＺｏの伝送線路の先にインピーダンスＺＬの負荷が接続された場合の入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を示している。
この式からわかるように、入力インピーダンスＺｉｎは負荷インピーダンスＺＬに加えて線路長Ｌにより変化することがわかる。尚、βは位相定数である。

従って、人体が接触して、即ち使用者が把持してアンテナ１１の特性インピーダンスＺａが変化しても、上記条件により求めたアンテナ１１から距離Ａのポイントに，長さＢのスタブ線路２２を接続することで、インピーダンス整合を行うことが可能で、反射電力を抑えることができる。
具体的に、人体が接触していない載置時にアンテナ１１の特性インピーダンスＺａが伝送線路の特性インピーダンスＺｏに等しくなるようアンテナ１１を作成し、使用者に把持形態で接続されるスタブ線路２２の長さ、位置と条件（先端短絡または先端開放）を予め試験等で設定しておけば、人体の接触でアンテナ１１の特性インピーダンスが変化して、伝送線路２１の入力インピーダンスが変化しても、スタブ線路２２を接続することで、入力インピーダンスＺｉｎを一定に保つことができ、無線送受信機部２０との間でインピーダンス整合を図ることができ、良好なマッチングを維持することができる。

そして、上記形態では使用者が保持する持ち方や握り方の様々な形態に対応できるよう静電容量スイッチ１６を複数個設けている。各接触状態の変化に伴うインピーダンス変化に対応できるようスタブ線路２２を個々に接続／切断することで、簡易的なインピーダンス整合が可能となる。

図６は周波数を具体化した例を示し、周波数を１．９ＧＨｚにおけるワイヤレスインターホン端末１における伝送線路２１とスタブ線路２２の関係を示している。伝送線路２１はマイクロストリップ線路で形成され、説明の都合上、伝送線路２１に接続されるスタブ線路２２は１本としている。
把持していない載置状態のアンテナ１１の特性インピーダンスＺａｏは、無線送受信機部２０の端子部２０ａの特性インピーダンスに等しくＺｏ＝５０Ω（単純化のため純抵抗とする）とする。尚、使用者が握った状態でのアンテナ１１の特性インピーダンスＺａ＝１５０Ωとし（実際には、握ったときの特性インピーダンスＺａは評価試験により予め求められる）、伝送線路２１であるマイクロストリップ線路を形成する基板は誘電率ε＝４．２のガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）とした。

この条件を基に、上記数１及び数２を用いて演算すると、アンテナ端子１１ａから距離Ａ＝１．２８ｃｍの位置に、ＦＥＴスイッチ素子２３を介して先端ＧＮＤ接続したスラブ線路長Ｂ＝０．８８ｃｍのスラブ線路２２を接続すれば、把持した状態でインピーダンス整合を図ることができる。

このように、使用者が把持することでアンテナ１１の特性インピーダンスが変化しても、スタブ線路２２の着脱操作により把持した状態と把持しない載置状態の双方の状態で、アンテナ１１と無線送受信機部２０とのインピーダンス整合を図ることが可能となり、反射波等の電力強度をその都度調べる必要が無くなる。よって、低コストでインピーダンス整合を実施することが可能となるし、ＦＥＴスイッチ素子２３によりスタブ線路２２を切り替えるため、省スペースで実施できる。
また、静電容量スイッチ１６を複数設置することで、人体が接触した部位から把持形態を判別することが可能となり、それぞれの形態で変化するアンテナ１１のインピーダンスに応じてスタブ線路２２を調整してインピーダンス整合を実施することが可能となる。よって、単に把持されているだけの状態に加えて、耳に押し当てられている状態等を判別してインピーダンス整合を実施することができ、常に良好な通信を実施することが可能となる。

図７は、ワイヤレスインターホン端末１の他の例を示す回路ブロック図を示している。上記形態とは、静電容量スイッチ１６の動作を基に無線送受信機部２０の信号増幅率を変更し、更に液晶表示部１２のバックライトのオン／オフを制御して省エネルギーを図る点が異なっている。尚、スタブ線路２２は簡略化して１本としている。
図７に示すように、無線送受信機部２０には居室親機３に送信する信号の出力を増幅する送信増幅回路２７、居室親機３から受信した信号を増幅する受信増幅回路２８が設けられ、端末ＣＰＵ２５が静電容量スイッチ１６のオン動作を受けて、この双方の増幅率及び液晶表示部１２のバックライトであるＬＥＤ２９をオン／オフ制御するよう構成されている。具体的に、静電容量スイッチ１６が人体の接触を感知してオン動作すると、ＬＥＤ２９をオン操作し、同時に送信増幅回路２７及び受信増幅回路２８の増幅率（利得）を所定量上げる。

このように、ワイヤレスインターホン端末１が把持された場合に利得を増大させるため、接触した人体による電波の吸収を補償することができ、良好な通信を実現できる。逆に、接触していない状態では利得を抑えることで無駄な電力消費を防止でき、バッテリ寿命を延ばすことができる。また、液晶表示部１２のバックライトは、把持されることで点灯するため、更に電力消費量を低減できる。

尚、通話機能が能動となったらＦＥＴスイッチ素子２３の制御を開始させても良く、更に消費電力を低減できる。具体的に、操作部１３の応答操作により通話機能が能動状態になるのを受けて、端末ＣＰＵ２５がスイッチ素子制御部２４を起動させれば、操作者が把持していても通話中以外ではスイッチ制御を実施しないため、制御系の動作電力を低減でき、バッテリー寿命を更に延ばすことができる。この構成は、ＦＥＴスイッチ素子２３を多数備えた場合に特に有効となる。
また、上記形態では、静電容量スイッチ１６を３個、スタブ線路２２を３本設けているが、双方とも１つであっても良いし、更に多数設けても良い。
更に、スタブ線路２２の接続／切断にＦＥＴスイッチ素子２３を使用しているが、半導体スイッチであれば小型化が可能であり、他にバリキャップダイオードやＰＩＮダイオード等の使用が考えられる。但し、ＦＥＴスイッチ素子２３はピーク電力が数百ｍＷクラスの送受信機の切り替えやアンテナ切替に好適であり、バリキャップダイオードやＰＩＮダイオードと比較して高い高周波電力を通過させることができ好ましい。更に、バリキャップダイオードやＰＩＮダイオードを用いた場合には、伝送線路上にバイアス電圧を印加する必要があるが、本方式では伝送線路上にはバイアスを加える必要がなく、アンテナ放射パターン上や従来の伝送線路上に単純に接続するだけで済む。
また、静電容量スイッチ１６を使用して使用者の把持操作による接触を感知しているが、人体の接触を感知するセンサスイッチであれば良く、例えば感圧式の抵抗膜方式で把持操作を検出しても良い。

ワイヤレスインターホン端末１を例に本発明の携帯通話機器を説明したが、コードレス電話端末や携帯電話に対しても上記整合技術は好適である。

１・・ワイヤレスインターホン端末（携帯通話機器）、１１・・アンテナ、１２・・表示部、１６・・静電容量スイッチ（接触感知手段）、２０・・無線送受信部（内部通信回路）、２１・・伝送線路、２２・・スタブ線路、２３・・ＦＥＴスイッチ素子（半導体スイッチ素子）、２４・・スイッチ素子制御部、２５・・端末ＣＰＵ（利得制御部、電力制御部、照明制御部）、２７・・送信増幅回路、２８・・受信増幅回路、２９・・ＬＥＤ（バックライト）。

Claims

アンテナと内部通信回路とを接続する伝送線路にインピーダンス整合のためのスタブ線路を備えた携帯通話機器であって、
前記スタブ線路の前記伝送線路への接続／切断を行う半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子を制御するスイッチ素子制御部と、
人体の接触を感知する接触感知手段とを有し、
前記スイッチ素子制御部は、前記接触感知手段の感知情報を基に前記半導体スイッチ素子をオン／オフ制御し、前記アンテナの特性インピーダンスを変更することを特徴とする携帯通話機器。
前記接触感知手段は、携帯通話機器筐体の複数箇所に設置されると共に、前記スタブ線路は前記伝送線路に複数並列配置されて、個々に前記半導体スイッチ素子を介して前記伝送線路に接続され、
前記スイッチ素子制御部は、個々の前記接触感知手段の感知動作に応じて予め設定された組み合わせで前記半導体スイッチ素子をオン／オフ制御することを特徴とする請求項１記載の携帯通話機器。
前記アンテナの送受信電力を増幅する利得変更可能な増幅回路を有し、
前記接触感知手段の感知動作を受けて、前記増幅回路の利得を増大させる利得制御部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の携帯通話機器。
通話開始操作を受けて前記スイッチ素子制御部を起動する電力制御部を有することを特徴する請求項１乃至３の何れかに記載の携帯通話機器。
各種情報を表示する液晶表示部を有し、
前記接触感知手段が人体の接触を感知したら、前記液晶表示部のバックライトをオンする照明制御部を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の携帯通話機器。