JP2016213822A - 携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯型電子機器を提供する。
【解決手段】ピンを含むアンテナユニットと、電圧制御信号を出力するための信号制御端子を含むプロセッサと、回路基板と、ピンに結合されるスイッチ切替ユニットと、信号制御端子及びスイッチ切替ユニットに結合されるアンチノイズユニットとを含み、回路基板に配置され、信号制御端子及びピンに接続され、電圧制御信号に基づいてアンテナユニットの周波数を切り替える周波数切替回路と、を備える携帯型電子機器。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置に関し、特に、携帯型電子機器及びそのアンテナ周波数切替回路に関する。

無線通信において、無線電波を送受信するためのアンテナは、間違いなく携帯型電子機器における重要な部材である。近年、各種の通信システム及びその適用が絶えずあるので、複数のシステム動作周波数帯域（バンド）をカバーするように、アンテナをマルチバンド対応に設計しなければならない。

従来のマルチバンド携帯型電子機器では、送受信周波数を調整可能なようにアンテナ構造が設計されていた。従来の調整可能なアンテナ構造の一部では、アンテナの経路を調整するために、アンテナに調整ユニット（例えば、スイッチ素子又は切替素子）を加えなければならない。しかしながら、調整ユニットは非線形素子であり、またアンテナの電力信号が大きすぎるため、調整ユニットでは、電磁信号干渉（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＥＭＩ）の問題が生じ、更に高調波歪み（ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を引き起こし、アンテナの効率に影響を与える。

従来の他の調整可能なアンテナ構造において、アンテナには、電気容量可変チップ（可変容量チップ）が搭載され、異なる電気容量値に応じてアンテナ周波数を切り替える。しかしながら、切替経路がチップを経由するため、電気容量可変チップ式の調整可能なアンテナも経路損失（伝送損失）を引き起こす。

携帯型電子機器の動作周波数帯域幅に対する要求を達するために、携帯型電子機器の動作周波数帯域幅を如何に拡張するかが、現在の重要な研究開発課題の一つとなっている。

本開示内容の一態様は、ピンを含むアンテナユニットと、電圧制御信号を出力するための信号制御端子を含むプロセッサと、回路基板と、ピンに結合されるスイッチ切替ユニットと、信号制御端子及びスイッチ切替ユニットに結合されるアンチノイズユニットと、を含み、回路基板に配置され、信号制御端子及びピンに接続され、電圧制御信号に基づいてアンテナユニットの周波数を切り替える周波数切替回路と、を備える携帯型電子機器を提供することにある。

本開示内容は、携帯型通信装置及びその周波数切替回路を提供することにある。携帯型通信装置は、回路基板上の周波数切替回路が設けられる。この周波数切替回路は、プロセッサから出力した電圧制御信号に基づいて周波数切替回路の導通状態を切り替えることで、携帯型通信装置のアンテナの接地経路を調整して、周波数変調の効果を生かすことができる。なお、周波数切替回路は、アンテナとプロセッサを隔離し、プロセッサのノイズによるアンテナの効率への影響、又はアンテナ端の高周波信号によるプロセッサの運転への影響を防止するように、アンチノイズユニットを含んでもよい。このように、回路基板に設計される周波数切替回路によって、アンテナに別に調整ユニットを設計し又は電気容量可変チップを接続せずに、携帯型通信装置の周波数変調動作を完成することができる。これにより、携帯型通信装置の設計コストを低下させることに加え、不要な電磁信号干渉又は経路損失を避けることができる。

本発明の一実施例に係る携帯型通信装置を示す回路模式図である。 本発明の一実施例に係る電気容量値の対応するローパスフィルタ透過特性を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るインダクタンス値の対応するローパスフィルタ透過特性を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る平面逆Ｆ型アンテナを適用する携帯型電子機器を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る平面逆Ｆ型アンテナを示す模式図である。 本発明の一実施例に係る結合フィードインアンテナを示す模式図である。 本発明の一実施例に係る回路アンテナを示す模式図である。

以下、実施例を例として図面に合わせて詳しく説明するが、提供した実施例は、本発明に含まれる範囲を制限するためのものではなく、構造操作についての記述がその実行順序を制限するためのものではなく、素子を改めて組み合わせた如何なる構造により等価効果が達成される装置は、何れも本発明に属する。また、図面は説明するためのものだけであり、本来のサイズに従って描かれたものではない。理解しやすくするために、以下の説明では、同じ素子に同じ符号を付けて説明する。

本文において、説明で冠詞に対して特に限定されない限り、「一」と「前記」は、単一又は複数を総括して指してもよい。更に理解すべきなのは、本明細書に用いる「備える」、「含む」、「有する」及び類似用語については、それが記載される特徴、領域、整数、工程、操作、素子及び／又は部材を明らかにするが、その記述された又は別の１つ又は複数の他の特徴、領域、整数、工程、操作、素子、部材、及び／又はそれらの群は排除されない。

本明細書に用いる「第１の」、「第２の」等については、順序又は順位を特定するものではなく、本発明を限定するためのものでもなく、同一の技術用語で記述される素子又は操作を区別するためのものだけである。

本明細書に用いる「約」、「大体」又は「おおよそ」とは、一般的に、数値の誤差又は範囲が２０％以内であり、好ましくは１０％以内であり、より好ましくは５％以内である。この明細書で、明確に説明しない限り、言及された数値を、全て、例えば「約」、「大体」又は「おおよそ」で表す誤差又は範囲のような近似値と見なす。

また、本明細書に用いる「結合」又は「接続」とは、何れも２つ又は複数の素子が互いに直接的に物理又は電気的に接触し、又は互いに間接的に物理又は電気的に接触してもよく、２つ又は複数の素子が互いに操作し又は作動してもよい。

図１を参照されたい。図１は、本発明の一実施例に係る携帯型通信装置を示す回路模式図である。図１に示すように、携帯型通信装置１００は、アンテナユニット１２０と、プロセッサ１４０と、回路基板１６０と、少なくとも１つの周波数切替回路１８０と、を備える。

下記の段落で、各実施例を提出して、上記携帯型通信装置１００の機能を説明するが、本開示内容は以下の実施例に限定されない。

この実施例において、図１に示すように、アンテナユニット１２０は、少なくとも１つのピン１２２を含む。プロセッサ１４０は、電圧制御信号ＶＣＴＬを出力するための信号制御端子１４２を含む。周波数切替回路１８０は、回路基板１６０に配置され、電圧制御信号ＶＣＴＬに基づいてアンテナユニット１２０の操作周波数を切り替える。周波数切替回路１８０は、スイッチ切替ユニット１８２と、アンチノイズユニット１８４と、を含む。

本開示内容の一実施例において、スイッチ切替ユニット１８２は、アンチノイズユニット１８４よりもアンテナユニット１２０に近付く。アンテナユニット１２０の高周波信号がプロセッサ１４０に影響を与え、プロセッサ１４０自体の高周波ノイズもアンテナの効率を妨害するため、アンチノイズユニット１８４は、アンテナユニット１２０の高周波信号及びプロセッサ１４０の高周波ノイズを隔離するように、プロセッサ１４０により近い一端に配置される。

本開示内容の一実施例において、スイッチ切替ユニット１８２は、ローパスフィルタ１８６及びスイッチ回路１８８を含んでもよい。ローパスフィルタ１８６は、アンチノイズユニット１８４及びスイッチ回路１８８に結合されており、プロセッサ１４０とアンテナユニット１２０との間のノイズを隔離することに用いられてもよい。スイッチ回路１８８は、第１端１３５、第２端１３６及び第３端１３７を含んでもよい。その第１端１３５がローパスフィルタ１８６に結合され、その第２端１３６がピン１２２に結合され、その第３端１３７が接地される。

本開示内容の一実施例において、スイッチ回路１８８は、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２を少なくとも含んでもよい。図１に示すように、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、それぞれ陽極及び陰極を含む。第１のダイオードＤ１の陽極及び第２のダイオードＤ２の陽極がスイッチ回路１８８の第１端１３５に結合され、第１のダイオードＤ１の陰極がスイッチ回路１８８の第３端１３７に結合され、第２のダイオードＤ２の陰極がピン１２２に結合される。

本開示内容の一実施例において、電圧制御信号ＶＣＴＬは、アンテナユニット１２０の接地経路を調整するように、スイッチ回路１８８のオン又はオフ状態を制御することに用いられてもよい。例としては、電圧制御信号ＶＣＴＬが低レベルである場合、第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２との何れも容量性となり、この場合、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２がカットオフされることと同等になる。電圧制御信号ＶＣＴＬが高レベルである場合、第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２との何れも誘導性となり、この場合、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２が導通することと同等になり、アンテナユニット１２０がピン１２２を介してグランドと短絡することと同等になり、即ち、アンテナユニット１２０の接地経路が変わる。本開示内容の周波数切替回路１８０が回路基板１６０に配置されるため、アンテナユニット１２０本体の経路を調整する必要はなく、電圧制御信号ＶＣＴＬに基づいてスイッチ回路１８８のオン又はオフ状態を制御するだけで、アンテナユニット１２０の接地経路の長さを調整し、更にアンテナユニット１２０の周波数に対する調整効果を達成することができる。

本開示内容の一実施例において、図１に示すように、ローパスフィルタ１８６は、コンデンサ部材１８１及びインダクタンス部材１８３を含んでもよい。コンデンサ部材１８１は、第１端１３１がアンチノイズユニット１８４に結合され、第２端１３２が接地される。インダクタンス部材１８３は、第１端１３３がコンデンサ部材１８１の第１端１３１に結合され、第２端１３４がスイッチ回路１８８の第１端１３５に結合される。

本開示内容の一実施例において、図１に示すように、コンデンサ部材１８１は、並列接続される第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２を含んでもよい。第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２の電気容量値は、ローパスフィルタ１８６の透過特性（Ｓ２１）を調整することに用いられることができる。図２を併せて参照されたい。図２は、本発明の一実施例に係る電気容量値の対応するローパスフィルタ透過特性を示す模式図である。図２に示すように、小電気容量値のコンデンサは、高帯域２２０のみにフィルタリング効果がよく、大電気容量値のコンデンサは、低帯域２１０のみにフィルタリング効果がよい。そのため、本開示内容のコンデンサ部材１８１は、携帯型通信装置１００の適用周波数帯域内での最も優れたフィルタリング効果を取得するために、小電気容量値の第１のコンデンサＣ１と大電気容量値の第２のコンデンサＣ２とを組み合わせてもよい。一実施例において、第１のコンデンサＣ１が３３ｐＦで第２のコンデンサＣ２が２２０ｐＦである場合、携帯型通信装置１００の適用周波数帯域内で、優れたフィルタリング効果を取得することができる。

本開示内容の一実施例において、図１に示すように、インダクタンス部材１８３は、互いに直列接続する第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２を含んでもよい。第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２の電気容量値は、ローパスフィルタ１８６の透過特性を調整することに用いられてもよい。図３を併せて参照されたい。図３は、本発明の一実施例に係るインダクタンス値の対応するローパスフィルタ透過特性を示す模式図である。図３に示すように、高インダクタンス値３１０のインダクタンスが低周波となる場合、優れたフィルタリング効果を有するが、高周波となる場合にインダクタンスのコンデンサ性が誘導性を超えるため、フィルタリング効果は逆に悪くなる。従って、携帯型通信装置１００の適用周波数帯域内で優れたフィルタリング効果を取得するために、２つの中等インダクタンス値３２０の第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２を選択して直列接続させてもよい。このように、ローパスフィルタ１８６が低周波及び高周波となる場合、何れも優れた透過特性を取得することができる。一実施例において、第１のインダクタＬ１及び第２のインダクタＬ２は「ＬＱＷ １２ＡＮシリーズ」（村田製作所製、巻線タイプＲＦインダクタ）であってもよく、且つ、第１のインダクタが９１ｎＨで第２のインダクタＬ２も９１ｎＨである場合、携帯型通信装置１００の適用周波数帯域内で優れたフィルタリング効果を取得できる。

本開示内容の一実施例において、アンチノイズユニット１８４は、干渉抵抗素子１８５及び電流制限素子１８７を含んでもよい。干渉抵抗素子１８５は、信号制御端子１４２に結合されており、プロセッサ１４０からアンテナユニット１２０への高周波ノイズ、及びアンテナユニット１２０からプロセッサへの高周波信号を隔離することに用いられる。本開示内容の一実施例において、アンチノイズユニット１８４は、ビーズ（ｂｅａｄ）であってもよいが、これに限定されない。

図１に示すように、電流制限素子１８７は、干渉抵抗素子１８５及びローパスフィルタ１８６に結合されており、スイッチ回路１８８を流れる電流を制限することに用いられる。プロセッサ１４０の出力電流が大きいため、不要な電力消耗を避けるために、電流制限素子１８７によってスイッチ回路１８８を流れる電流を正常動作の最小電流に制限してもよい。これにより、携帯型通信装置１００の電力消費を低下させる。

本開示内容の一実施例において、電流制限素子１８７は、電流制限電気抵抗であってもよい。電気抵抗の抵抗値は、第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２の必要な最小動作電流に基づいて調整されてもよいが、これに限定されない。

図４を参照されたい。図４は、本発明の一実施例に係る平面逆Ｆ型アンテナ（Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ；ＰＩＦＡ）を適用する携帯型電子機器を示す模式図である。図５Ａを併せて参照されたい。図５Ａは、本発明の一実施例に係る周波数切替回路及び平面逆Ｆ型アンテナ５０１を示す模式図である。Ｓ１、Ｓ２、Ｆ、Ｓの何れもアンテナピンであり、Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ接地経路切替可能なピンであり、Ｆ、Ｓがそれぞれ固定接地ピンである。

平面逆Ｆ型アンテナを適用する携帯型電子機器４００が第１のピン１２２ａ（図５ＡのＳ１に対応する）及び第２のピン１２２ｂ（図５ＡのＳ２に対応する）を含んでもよいため、プロセッサ１４０は、それぞれ第１の周波数切替回路１８０ａ及び第２の周波数切替回路１８０ｂにおけるスイッチ回路のオン又はオフ状態を調整するように、それぞれ第１の電圧制御信号ＶＣＴＬ１及び第２の電圧制御信号ＶＣＴＬ２を提供する第１の信号制御端子１４２ａ及び第２の信号制御端子１４２ｂを含む。

例としては、第１の電圧制御信号ＶＣＴＬ１が高レベルとなり、且つ第２の電圧制御信号ＶＣＴＬ２が低レベルとなる場合、アンテナユニット１２０は、第１のピン１２２ａで接地するので、短い接地経路及び短い経路に対応する低いアンテナ動作周波数を有する。第１の電圧制御信号ＶＣＴＬ１が低レベルとなり、且つ第２の電圧制御信号ＶＣＴＬ２が高レベルとなる場合、アンテナユニット１２０は、第２のピン１２２ｂで接地するので、長い接地経路及び高いアンテナ動作周波数を有する。

携帯型電子機器４００がスタンバイ状態にある場合、第１の電圧制御信号ＶＣＴＬ１及び第２の電圧制御信号ＶＣＴＬ２が同時に低レベルとなってもよく、この場合、第１の周波数切替回路１８０ａと第２の周波数切替回路１８０ｂを通す電流がなく、これにより、節電効果を達成する。補充すべきなのは、この実施例において、同時に２組の接地経路が存在することで、アンテナユニット１２０にインピーダンス不整合が発生しないように、電圧制御信号ＶＣＴＬ１及び第２の電圧制御信号ＶＣＴＬ２は、同時に高レベルとなる場合はない。

第５Ａ〜図５Ｃを参照されたい。図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の周波数切替回路が各アンテナに用いられる様子を示す模式図である。Ｓ１、Ｓ２、Ｆ、Ｓの何れもアンテナピンであり、Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ接地経路切替可能なピンであり、Ｆ、Ｓがそれぞれ固定接地ピンである。

図５Ａを参照されたい。図５Ａは、本発明の一実施例に係る周波数切替回路及び平面逆Ｆ型アンテナ５０１を示す模式図である。周波数切替回路は、アンテナの動作周波数を調整するように、ピンＳ１及びピンＳ２の接地経路を切り替えることができる。図５Ｂを参照されたい。図５Ｂは、本発明の一実施例に係る周波数切替回路及び結合フィードインアンテナ５０２を示す模式図である。周波数切替器は、アンテナの動作周波数を調整するように、ピンＳ１の接地経路を切り替えることができる。図５Ｃを参照されたい。図５Ｃは、本発明の一実施例に係る周波数切替回路及び回路アンテナ５０３を示す模式図である。周波数切替器は、アンテナの動作周波数を調整するように、ピンＳ１の接地経路を切り替えることができる。

要するに、本開示内容に示す携帯型電子機器は、プロセッサの発生する電圧制御信号に基づいて回路基板上のスイッチ回路を制御して、アンテナユニットの接地経路を変え、更にアンテナユニットの動作周波数を調整することができる。このように、携帯型電子機器の動作周波数帯域幅を効果的に改善することができる。

本明細書では、添付図面を参照して本発明の説明的実施例を詳しく述べるが、本発明は、これらの同じ実施例に制限されないことは、理解はずである。当業者であれば、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲と精神から逸脱しない限り、本発明に多様の変更や修正を加えることができる。

１００ 携帯型通信装置
４００ 携帯型電子機器
１２０ アンテナユニット
１２２、１２２ａ、１２２ｂ ピン
１４０ プロセッサ
１４２、１４２ａ、１４２ｂ 信号制御端子
１３１ コンデンサ部材の第１端
１３２ コンデンサ部材の第２端
１３３ インダクタンス部材の第１端
１３４ インダクタンス部材の第２端
１３５ スイッチ回路の第１端
１３６ スイッチ回路の第２端
１３７ スイッチ回路の第３端
ＶＣＴＬ、ＶＣＴＬ１、ＶＣＴＬ２ 電圧制御信号
１６０ 回路基板
１８０、１８０ａ、１８０ｂ 周波数切替回路
１８２ スイッチ切替ユニット
１８４ アンチノイズユニット
１８６ ローパスフィルタ
１８８ スイッチ回路
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
１８１ コンデンサ部材
１８３ インダクタンス部材
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
１８５ 干渉抵抗素子
１８７ 電流制限素子
５０１ 周波数切替回路及び平面逆Ｆ型アンテナアンテナ
５０２ 周波数切替回路及び結合フィードインアンテナ
５０３ 周波数切替回路及び回路アンテナ
Ｓ１、Ｓ２ 接地経路切替可能なピン
Ｆ、Ｓ 固定接地ピン

Claims (9)

1. 少なくとも１つのピンを含むアンテナユニットと、
   少なくとも１つの電圧制御信号を出力するための少なくとも１つの信号制御端子を含むプロセッサと、
   回路基板と、
   前記ピンに結合されるスイッチ切替ユニットと、前記信号制御端子及び前記スイッチ切替ユニットに結合されるアンチノイズユニットと、を含み、前記回路基板に配置され、前記プロセッサ及び前記アンテナユニットに電気的に接続される少なくとも１つの周波数切替回路と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの電圧制御信号は、前記アンテナユニットの接地経路を調整するように、前記少なくとも１つの周波数切替回路の導通状態を切り替えることで、前記アンテナユニットの周波数を切り替えることに用いられる携帯型電子機器。
2. 前記スイッチ切替ユニットは、前記アンチノイズユニットよりも前記アンテナユニットに近付く請求項１に記載の携帯型電子機器。
3. 前記スイッチ切替ユニットは、
   前記プロセッサと前記アンテナユニットとの間のノイズを隔離するためのローパスフィルタと、
   スイッチ回路と、
   を更に含み、
   前記ローパスフィルタは、第１端及び第２端を含み、前記ローパスフィルタの前記第１端が前記アンチノイズユニットに結合され、前記スイッチ回路は、第１端、第２端及び第３端を含み、前記スイッチ回路の前記第１端が前記ローパスフィルタの前記第２端に結合され、前記スイッチ回路の前記第２端が前記ピンに結合され、前記スイッチ回路の前記第３端が接地される請求項１又は２に記載の携帯型電子機器。
4. 前記スイッチ回路は、少なくとも、陽極及び陰極を含む第１のダイオードと、陽極及び陰極を含む第２のダイオードと、を含み、前記第１のダイオードの前記陽極及び前記第２のダイオードの前記陽極が前記スイッチ回路の前記第１端に結合され、前記第１のダイオードの前記陰極が前記スイッチ回路の前記第３端に結合され、前記第２のダイオードの前記陰極が前記ピンに結合される請求項３に記載の携帯型電子機器。
5. 前記電圧制御信号は、前記アンテナユニットの接地経路を調整するように、前記スイッチ回路のオン又はオフ状態を制御することに用いられる請求項３に記載の携帯型電子機器。
6. 前記ローパスフィルタは、
   第１端及び第２端を含み、前記第１端が前記アンチノイズユニットに結合され、前記第２端が接地されるコンデンサ部材と、
   第１端及び第２端を含み、前記第１端が前記コンデンサ部材の前記第１端に結合され、前記第２端が前記スイッチ回路の前記第１端に結合されるインダクタンス部材と、
   を含む請求項３に記載の携帯型電子機器。
7. 前記コンデンサ部材は、互いに並列接続し、電気容量が異なる第１のコンデンサと第２のコンデンサを含む請求項６に記載の携帯型電子機器。
8. 前記インダクタンス部材は、互いに直列接続する第１のインダクタと第２のインダクタを含む請求項６に記載の携帯型電子機器。
9. 前記アンチノイズユニットは、
   前記信号制御端子に結合される干渉抵抗素子と、
   前記干渉抵抗素子及び前記ローパスフィルタに結合されており、前記スイッチ回路を流れる電流を制限するための電流制限素子と、
   を含む請求項３から８のいずれか１項に記載の携帯型電子機器。