JP3828504B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無指向性アンテナを備えた無線装置において、アンテナから送信される送信波の放射パターンは、そのアンテナの近傍に存在する散乱体の影響を受けて変化する。
【０００３】
例えば、ユーザが携帯電話機で音声通話する場合には、ユーザは携帯電話機を自己の頭に密着させて使用するが、ユーザが携帯電話機を用いて電子メールで通信する場合には、ユーザと携帯電話機とはある程度離れる。即ち、携帯電話の使用状態によって、携帯電話機とユーザの人体との距離は異なる。このような場合に、ユーザが散乱体として作用し、この散乱体が送信波の放射パターンを変化させる。このため散乱体がない場合の所望の放射パターンが得られない。特に、散乱体が誘電体の場合には、散乱体はアンテナから放射される電磁波を吸収してしまうので、アンテナの放射効率を悪化させる。
【０００４】
特許文献１に記載された無線装置は、無指向性アンテナおよび指向性アンテナの両方を有する。これらのアンテナの近傍に散乱体が存在しない場合には無指向性アンテナを選択し、一方で、アンテナの近傍に散乱体が存在する場合には指向性アンテナを選択する。これによって、送信波の放射パターンは、散乱体の影響を受けることなく、アンテナの選択によって変化する。従って、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００５】
また、特許文献２に記載された無線装置は、無給電素子内の可変容量ダイオードのキャパシタンスを変化させることによって、送信波の放射パターンを変化させる。従って、この無線装置においても、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１６７９公報
【特許文献２】
特開２００１−２４４３１公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１による無線装置はアンテナを複数必要とする。そのため無線信号を分配または切替える回路、複数の給電回路および給電線路が必要になる。よってそれらを構成する部品数が比較的多かった。部品数が多いことによって、無線装置は大型化し、並びに、その製造コストが増加するという問題が生じていた。特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナとは別に、このアンテナと同程度の大きさおよび形状の無給電素子を必要とする。そのため無線装置の突出部が複数となる。そのため無線装置は大型化し、外観の意匠が制約され、機械的強度を上げるための製造コストが増加するという問題が生じていた。
【０００８】
また、特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナと無給電素子との間の電気的結合を用いている。よって、放射パターンを充分に変化させるためには、無指向性アンテナと無給電素子との間に送信波の半波長程度の間隔が必要となる。これは、無線装置の小型化の妨げとなっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、放射効率などのアンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、製作コストが低廉な無線装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態による無線装置は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを有し、該スロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチと、前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡すると前記スロットと第１の強さで電磁結合し、開放すると前記スロットと前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合するアンテナであって、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナと、前記アンテナを介して信号を送信または受信する送受信器と、前記送受信器が送信または受信する信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路とを備えている。
【００１１】
本発明に従った実施の形態による無線通信方法は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチとを備え、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナを介して信号を送信または受信する無線装置を用いた無線通信方法において、
前記アンテナと前記スロットとを第１の強さで電磁結合させるために,前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡するステップと、前記アンテナと前記スロットとを前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合させるために、前記スイッチが前記複数の地板領域間を開放するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１３】
本発明に係る実施の形態による無線装置は、アンテナとスロットとの電磁結合を利用することによって、送信波の放射パターンおよびアンテナの入力インピーダンスを変化させる。それにより、無線装置は、散乱体に影響されることなく送信波の放射パターンを変化させることができる。尚且つ、無線装置の通信品質は劣化しない。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１実施の形態による無線装置１００の概略図である。無線装置１００は、地板１０、スイッチ３０、アンテナ４０、送受信器５０および制御回路６０を備えている。地板１０にはスロット２０が設けられている。
【００１５】
地板１０は、金属等の導体から成り、送受信器５０および制御回路６０を実装する基板である。
【００１６】
スロット２０は細長い形状をした長方形の開口である。スロット２０の幅は約λ／１０００から約λ／１０であり、その長さは約λ／２である。λは、無線装置１００に用いられる無線周波数帯の中心周波数を有する電磁波がスロット２０を伝搬するときの波長（以下、伝播波長という）である。地板１０はスロット２０を境界に第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とに分割されているが、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とはスロット２０の両端において接続している。
【００１７】
本実施の形態においてスロット２０は長手方向にほぼ直線状に延在しているが、スロット２０は曲線状に延在してもよく、さらに、ジグザグ状に延在してもよい。
【００１８】
スイッチ３０は、スロット２０の長手方向のほぼ中心に配置されている。スイッチ３０が開閉することによって、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とを電気的に開放または短絡させることができる。図１に示されているスイッチ３０は概念的なものであり、実際のスイッチ３０の回路構成は、例えば、図５に示された構成を有する。
【００１９】
アンテナ４０は、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に配置され、かつ、スロット２０の近傍に配置されている。アンテナ４０は、空間中を伝搬してきた伝播波長λの電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた信号を空間中に伝播波長λの電磁波として放射する装置である。アンテナ４０は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、また、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。
【００２０】
送受信器５０は、アンテナ４０に接続され、アンテナ４０によって受信された信号を入力し、アンテナ４０から送信する信号をアンテナ４０へ出力する。また、送受信器５０は、制御回路６０に接続され、制御回路６０に受信信号強度表示信号（以下、ＲＳＳＩ（Receiver Signal Strength Indicator）という）を与える。
【００２１】
制御回路６０は、送受信器５０およびスイッチ３０に接続され、スイッチ３０を制御する回路である。制御回路６０は、送受信器５０からのＲＳＳＩに応じてスイッチ３０を短絡または開放させる。例えば、制御回路６０は、スイッチ３０を切り替えるためにスイッチ３０へ直流電圧を出力し、スイッチ３０が切り替えられる前およびその後におけるそれそれのＲＳＳＩを比較する。この比較結果に基づいて、制御回路６０は、ＲＳＳＩを高くするようにスイッチ３０を制御することができる。
【００２２】
次に、無線装置１００の動作を説明する。
【００２３】
スイッチ３０が開放されている場合には、スロット２０の長手方向の長さがλ／２であるので、伝播波長λの電磁波がスロット２０において共振する。アンテナ４０においても伝播波長λの電磁波が共振する。アンテナ４０はスロット２０には位置されているので、このときにアンテナ４０とスロット２０とが強く電磁結合する。従って、アンテナ４０とスロット２０との両方から電磁波が放射され、その結果、無指向性の放射パターンが得られる。
【００２４】
一方で、スイッチ３０が閉じている場合には、スロット２０の長手方向の長さが電気的にλ／４になる。従って、伝播波長λの電磁波はスロット２０において共振しないので、アンテナ４０とスロット２０とは電磁結合しない。あるいは、それらの電磁結合は非常に弱い。これによって、アンテナ４０のみから電磁波が放射される。アンテナ４０は、上述の通り、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に設けられているので、指向性の放射パターンが得られる。
【００２５】
本実施の形態は、スイッチ３０を制御することによって、アンテナ４０とスロット２０との電磁結合の度合を変化させることができる。無指向性の放射パターンと指向性の放射パターンのいずれかの放射パターンを選択することができる。
【００２６】
例えば、電磁波が様々な方向からアンテナ４０に到来する場合には、スイッチ３０を開放して放射パターンを無指向性にする。一方で、散乱体がアンテナ４０の近傍に存在する場合には、スイッチ３０を閉じることによって、放射パターンを指向性にする。これにより、無線装置１００は、散乱体に対して電磁波を放射しないように放射パターンを選択することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在する場合および存在しない場合のそれぞれにおいて、アンテナの利得および送信波の放射効率を向上させた放射パターンを得ることができる。その結果、ＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００２８】
本実施の形態において、アンテナ４０は、地板１０の表面および裏面のいずれか一方の面（以下、配置面という）に配置されている。よって、指向性の放射パターンを選択した場合には、放射パターンは配置面が向いている方向へ指向性を有する。これは、地板１０の表面および裏面のうち配置面と反対の面に散乱体が接近することを想定しているからである。例えば、ユーザが携帯電話機で通話をするときには、通常、ユーザは自己の頭をスピーカまたはマイクが向いている面に近接させる。従って、アンテナ４０は、地板に関し、マイクまたはスピーカの向きとは反対方向を向いている面に配置される（図１１を参照）。
【００２９】
このように、地板１０の表面および裏面のうち散乱体が接近する面は、予測可能であるので、この予測に基づいて、アンテナ４０の配置面を決定すればよい。
【００３０】
本実施の形態による無線装置１００は、アンテナを１本だけ備えている。よって、構成部品点数が増えず、無線装置を小型化することができる。また、無線装置１００は、低コストで製造することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る第２実施の形態による無線装置２００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２を備えている点で第１の実施の形態と異なる。２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２は、互いに周波数帯の異なる電磁波のそれぞれが共振するように構成されている。これらの電磁波のうち、第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ１とし、第２の周波数帯にある第２の電磁波の伝播波長をλ２とする。
【００３２】
２周波共用スロット２２は、スロット構成部２２ａとスロット構成部２２ｂから成る。スロット構成部２２ａの一端にスロット構成部２２ｂの中心が垂直に結合されている。それにより、スロット構成部２２ａおよび２２ｂは一体の溝として２周波共用スロット２２を構成する。
【００３３】
スロット構成部２２ａおよび２２ｂの長さをそれぞれＬａおよびＬｂとする。λ１＝２＊Ｌａ、λ２＝２＊（Ｌａ＋Ｌｂ／２）を満たすようにＬａおよびＬｂは設計される。これにより、２周波共用スロット２２において、第１および第２の電磁波の両方が共振することができる。
【００３４】
本実施の形態において２周波共用スロット２２は、図１に示すようにＴ字型に形成されている。しかし、２周波共用スロット２２は、Ｔ字型に限定されず、互いに周波数帯の異なる電磁波が共振できればよい。例えば、２周波共用スロット２２は、Ｙ字状またはＨ字状等であってもよい。スロット２０は、メアンダ状であってもよく、長手方向の辺を途中で折り曲げてＬ字型やコの字型などの形状にすることもできる。このようにスロット２０を変形させることによって、無線装置の設計における自由度が大きくなる。さらに、スロット２０の間隙に誘電体を設けることによってスロット２０をより小さくすることができる。
【００３５】
次に、スイッチ３０の配置について説明する。スイッチ３０が閉じたときに、第１の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ１／４だけ離れた位置（第１の位置とする）、即ち、スロット構成部２２ａの中心に配置する。一方で、第２の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ２／４だけ離れた位置（第２の位置とする）に配置する。１つのスイッチ３０を用いて、第１および第２の電磁波の両方を最も効果的に打ち消すためには、第１の位置と第２の位置との中間にスイッチ３０を配置すればよい。即ち、本実施の形態において、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅから（λ２＋λ１）／４だけ離れた位置（第３の位置とする）に配置されている。第３の位置は、スロット構成部２２ａの中心から約Ｌｂ／４だけスロット構成部２２ｂ側へずれた位置と換言できる。スイッチ３０をこのように配置することによって、スイッチ３０が閉じているときに、第１および第２の電磁波の両方を効果的に打ち消すことができる。
【００３６】
スイッチ３０を設ける位置は２周波共用スロット２２の形状に応じて変更することができる。
【００３７】
２周波共用アンテナ４２は、空間中を伝搬してきた第１および第２の周波数帯の電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた第１または第２の周波数帯の信号を空間中に電磁波として放射する。２周波共用共振アンテナ４２は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。２周波共用アンテナ４２の配置は、第１の実施の形態におけるアンテナ４０と同じでよい。
【００３８】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、第１および第２の電磁波の両方について、無指向性と指向性のいずれかの放射パターンを選択することができる。その結果、第１および第２の電磁波の両方についてＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００３９】
本実施の形態では、２周波共用スロットおよび２周波共用アンテナを用いたが、３周波以上の電磁波を共用することができるスロットおよびアンテナを用いてもよい。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係る第３実施の形態による無線装置３００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用アンテナ４２および複数のスイッチ３０ａ、３０ｂを備えている点で第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
本実施の形態において、２周波共用アンテナ４２は、第１および第３の周波数帯の電磁波を送信または受信する。第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ１とし、第３の周波数帯にある第３の電磁波の伝播波長をλ３とする。λ３はλ１よりも小さい。
【００４２】
スイッチ３０ａ、３０ｂは、いずれも第１の実施の形態におけるスイッチ３０と同様の構成を有する。スイッチ３０ａは、アンテナ４２の近傍にあるスロット２０の一端Ｅ´からＬｃ（Ｌｃ＝λ３／２）だけ離れた位置に配置されている。Ｌｃは、スイッチ３０ｂは、一端Ｅ´とスイッチ３０ａとの間のほぼ中心に配置されている。
【００４３】
スロット２０の長さはＬａ（Ｌａ＝λ１／２）である。よって、スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が開放されている場合（ケース１）には、スロット２０において、第１の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第１の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となる。
【００４４】
スイッチ３０ａが閉じており、スイッチ３０ｂが開放されている場合（ケース２）には、スロット２０のうち、一端Ｅ´からスイッチ３０ａまでの部分において第３の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第３の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となる。
【００４５】
スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が閉じている場合（ケース３）には、第１および第３の電磁波の両方ともに共振しない。これにより、スロット２０とアンテナ４２との電磁結合は第１および第３の周波数帯のいずれの信号に関しても弱くなる。従って、第１および第３の周波数帯の信号の放射パターンはいずれも指向性となる。
【００４６】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、上述のケース２のように、互いに周波数帯の異なる信号の一方のみを、スロットにおいて共振させることができる。従って、本実施の形態は、互いに周波数帯の異なる信号のうち一方のみの放射パターンを変更させることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係る第４実施の形態による無線装置４００の概略図である。本実施の形態は、可変整合回路７０を備えている点で第１の実施の形態と異なる。可変整合回路７０は、地板１０に搭載され、アンテナ４０と送受信器５０との間に接続されている。
【００４８】
アンテナ４０の入力インピーダンスは、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在するか否か、あるいは、スイッチ３０の開閉によって変動する。このような場合に、可変整合回路７０は、制御回路６０の制御を受けて自身のインピーダンスを変更する。それによって、可変整合回路７０は、アンテナ４０と送受信器５０との間のインピーダンスを整合させることができる。
【００４９】
次に、スイッチ３０および可変整合回路７０の回路構成を詳細に説明する。
【００５０】
図５（Ａ）は、スイッチ３０の回路構成の具体例を示す図である。 スイッチ３０は、３つのキャパシタＣ１、1つのインダクタＬ、２つのインダクタＬ１および可変容量ダイオードＤから成る。端子ａおよび端子ｂは、第１の基板領域および第２の基板領域に接続されている。端子ｃは制御回路６０に接続されている。
【００５１】
図５（Ｂ）は、端子ａと端子ｂとの間に高周波信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。図５（Ｃ）は、端子ａと端子ｂとの間に直流信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図５（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５２】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図５（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧が無線送受信器５０へ印加されない。
【００５３】
可変容量ダイオードＤは制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してキャパシタンスＣを発生する。図５（Ｂ）に示す回路の端子ａと端子ｂとの間のインピーダンスは、１／（ｊωＣ＋１／ｊωＬ） と表せる。ここで、ωは角周波数、ＣおよびＬは可変容量ダイオードＤのキャパシタンスおよびインダクタンスである。
【００５４】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加していないときに、ｊωＣ＋１／ｊωＬ＝０を満たすようにＣおよびＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスは無限大になる。即ち、スイッチ３０は開放状態になる。
【００５５】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加しているときに、Ｃ>>Ｌ となるようにキャパシタンスＣおよびインダクタンスＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスはほぼゼロになる。即ち、スイッチ３０は短絡状態になる。このように、スイッチ３０は高周波信号をスイッチングすることができる。
【００５６】
図６（Ａ）は可変整合回路７０の回路構成の具体例を示す図である。可変整合回路７０は、５つのキャパシタＣ１、４つのインダクタＬ１および２つの可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２から成る。端子ｄ１および端子ｄ２は制御回路６０に接続されている。端子ｅ１および端子ｅ２はアンテナ４０に接続されている。端子ｆ１および端子ｆ２は送受信器５０に接続されている。
【００５７】
図６（Ｂ）は、端子ｅ１、ｅ２と端子ｆ１、ｆ２との間に高周波信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。図６（Ｃ）は、端子ｄ１と端子ｄ２に直流信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図６（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５８】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図６（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧がアンテナ４０または無線送受信器５０へ印加されない。
【００５９】
可変容量ダイオードＤ１およびＤ２は、制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してそれぞれキャパシタンスＣ´およびＣを発生する。
【００６０】
仮に、送受信器５０が５０Ω系の入出力線路で構成されているとする。図６（Ｂ）に示す破線Ａからアンテナ４０へのインピーダンスが５０Ωでない場合であっても、キャパシタンスＣ´およびＣを調節することにより破線Ｂからアンテナ４０側を見たときのインピーダンスを５０Ωにすることができる。これによって、アンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。
【００６１】
送受信器５０が５０Ω系以外の特性インピーダンスを有する入出力線路で構成されている場合であっても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。これにより、アンテナの設計の自由度が増える。例えば、アンテナを小型化または低姿勢化することができる。
【００６２】
放射パターンの変更によりアンテナ４０と送受信器５０との間でインピーダンスの不整合が生じても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。その結果、無線装置の通信品質が向上する。
【００６３】
第４の実施の形態において、可変整合回路７０は第１の実施の形態に付加されている。しかし、可変整合回路７０は第２または第３の実施の形態に付加されても第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、図７（Ａ）から図１０（Ｂ）は、アンテナ４０の実施の形態を示す。これらの図面には、地板１０、スロット２０、スイッチ３０およびアンテナ４０のみが示され、他の構成要素は省略されている。
【００６５】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されているアンテナ４０はモノポールアンテナ４０ａである。図７（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図７（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６６】
アンテナ４０ａはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ａの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６７】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示されているアンテナ４０は逆Ｆアンテナ４０ｂである。図８（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図８（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６８】
アンテナ４０ｂはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｂの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６９】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示されているアンテナ４０はスロットアンテナ４０ｃである。図９（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図９（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７０】
スロットアンテナ４０ｃは、スロット２０に近接しており、スロット２０の長手方向に対して平行に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７１】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示されているアンテナ４０はパッチアンテナ４０ｄである。図１０（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図１０（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７２】
アンテナ４０ｄは、スロット２０に近接しており、地板１０の表面に対して平行に面している。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７３】
アンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを第１から第４の実施の形態に用いることによって、第１から第４の実施の形態はそれぞれの効果を得ることができる。尚、第３の実施の形態においては、アンテナ４２にアンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを適用する。
【００７４】
図１１は、図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機５００を示す。携帯無線機５００は、無線装置１００が備えた構成要素、音声変復調器（ＰＣＭ（Pulse Code Modulation））８０、スピーカ９０およびマイク９２を備えている。
【００７５】
音声変復調器８０は、送受信器５０、制御回路６０、スピーカ９０およびマイク９２に接続されている。音声変復調器８０は、アンテナ４０で受信され送受信器５０において復調された信号を音声信号に復調する。また、音声変復調器８０は、音声信号を変調して送受信器５０に送出する。さらに、音声変復調器８０は、音声信号の変調または復調を実行していることを示す変復調表示信号を制御回路６０へ送信する。変復調表示信号は、単なるデジタル値でよい。例えば、変復調表示信号は、音声信号の変調または復調を実行しているときにハイであり、これらを実行していないときにロウでよい。
【００７６】
スピーカ９０は音声変復調器８０によって復調された電気的な音声信号を音声に変換する。マイク９２は音声を電気的な音声信号に変換し、これを音声変復調器８０に送出する。
【００７７】
制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信した場合に音声通話中であると判断し、スイッチ３０を短絡する。逆に、制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信していない場合に音声通話が行われていないと判断し、スイッチ３０を開放する。
【００７８】
次に、携帯無線機５００の送信時の動作を説明する。
【００７９】
マイク９２がユーザから発せられた音声を受信し、これを電気的な音声信号へ変換する。音声変復調器８０が音声信号を変調し、さらに送受信機５０がこれを無線周波数に変調する。送受信機５０は、無線周波数の信号をアンテナ４０によって送信する。
【００８０】
次に、携帯無線機５００の受信時の動作を説明する。
【００８１】
送受信器５０がアンテナ４０を介して信号を受信する。送受信器５０はこの信号を復調し、さらに音声変復調器８０が復調された信号を電気的な音声信号に復調する。スピーカ９０はこの電気的な音声信号を音声に変換して、ユーザに対して出力する。
【００８２】
このように、ユーザが携帯無線機５００で音声通話しているときには、制御回路６０はスイッチ３０を短絡する。それによって、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性になる。
【００８３】
アンテナ４０は、地板１０に関し、スピーカ９０およびマイク９２が向いている向きとは反対方向に向いている面に設けられている。これによって、携帯無線機５００がユーザの頭部付近に保持して使用されたときに、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に位置することになる。その結果、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性を有する。よって、音声通話中に携帯無線機５００からユーザの頭部へ電磁波が放射されない。従って、放射パターンが乱れず、アンテナの利得が低下しない。電磁波がユーザの頭部に吸収されず、放射効率が低下しない。
【００８４】
一方で、音声通話以外の通信、例えば、電子メールで通信しているときには、音声変復調器８０が音声を変調または復調しないので、スイッチ３０が開放される。従って、アンテナ４０およびスロット２０が電磁結合され、アンテナ４０およびスロット２０は無指向性になる。無指向性の放射パターンによって、携帯無線機５００が高速で移動しているときであっても通信が途切れることがない。
【００８５】
このように、携帯無線機５００は、音声通話の場合とそれ以外の場合との両方においてアンテナの利得および放射効率を向上させる放射パターンを得ることができる。その結果、携帯無線機５００の通信品質が向上する。
【００８６】
携帯無線機５００は、無線装置１００に代えて、第２から第４の実施の形態による無線装置２００から４００を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００８７】
第１から第４の実施の形態は、ＲＳＳＩによって散乱体を検出している。携帯無線機５００は音声通話中か否かによって散乱体を検出している。
【００８８】
しかし、アンテナ４０の配置面とは反対の地板１０の面側を受像するカメラを設け、このカメラによって散乱体を検出してもよい。さらに、散乱体と地板１０との間に生じる静電容量の検出、無線装置を包む筐体と散乱体との接触の検出、並びに、音や赤外線など散乱体が発生するエネルギーの検出によっても、散乱体を検出することができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明による無線装置は、アンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態による無線装置の概略図。
【図２】本発明に係る第２実施の形態による無線装置の概略図。
【図３】本発明に係る第３実施の形態による無線装置の概略図。
【図４】本発明に係る第４実施の形態による無線装置の概略図。
【図５】スイッチ３０の回路構成を示す図。
【図６】可変整合回路７０の回路構成の一例を示す図。
【図７】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図８】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図９】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１０】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１１】図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機を示す図。
【符号の説明】
１００ 無線装置
１０ 地板
２０ スロット
３０ スイッチ
４０ アンテナ
５０ 送受信器
６０ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無指向性アンテナを備えた無線装置において、アンテナから送信される送信波の放射パターンは、そのアンテナの近傍に存在する散乱体の影響を受けて変化する。
【０００３】
例えば、ユーザが携帯電話機で音声通話する場合には、ユーザは携帯電話機を自己の頭に密着させて使用するが、ユーザが携帯電話機を用いて電子メールで通信する場合には、ユーザと携帯電話機とはある程度離れる。即ち、携帯電話の使用状態によって、携帯電話機とユーザの人体との距離は異なる。このような場合に、ユーザが散乱体として作用し、この散乱体が送信波の放射パターンを変化させる。このため散乱体がない場合の所望の放射パターンが得られない。特に、散乱体が誘電体の場合には、散乱体はアンテナから放射される電磁波を吸収してしまうので、アンテナの放射効率を悪化させる。
【０００４】
特許文献１に記載された無線装置は、無指向性アンテナおよび指向性アンテナの両方を有する。これらのアンテナの近傍に散乱体が存在しない場合には無指向性アンテナを選択し、一方で、アンテナの近傍に散乱体が存在する場合には指向性アンテナを選択する。これによって、送信波の放射パターンは、散乱体の影響を受けることなく、アンテナの選択によって変化する。従って、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００５】
また、特許文献２に記載された無線装置は、無給電素子内の可変容量ダイオードのキャパシタンスを変化させることによって、送信波の放射パターンを変化させる。従って、この無線装置においても、アンテナの放射効率は、散乱体に因る影響を受けない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２６１６７９公報
【特許文献２】
特開２００１−２４４３１公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１による無線装置はアンテナを複数必要とする。そのため無線信号を分配または切替える回路、複数の給電回路および給電線路が必要になる。よってそれらを構成する部品数が比較的多かった。部品数が多いことによって、無線装置は大型化し、並びに、その製造コストが増加するという問題が生じていた。特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナとは別に、このアンテナと同程度の大きさおよび形状の無給電素子を必要とする。そのため無線装置の突出部が複数となる。そのため無線装置は大型化し、外観の意匠が制約され、機械的強度を上げるための製造コストが増加するという問題が生じていた。
【０００８】
また、特許文献２による無線装置は、無指向性アンテナと無給電素子との間の電気的結合を用いている。よって、放射パターンを充分に変化させるためには、無指向性アンテナと無給電素子との間に送信波の半波長程度の間隔が必要となる。これは、無線装置の小型化の妨げとなっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、放射効率などのアンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、製作コストが低廉な無線装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態による無線装置は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを有し、該スロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチと、前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡すると前記スロットと第１の強さで電磁結合し、開放すると前記スロットと前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合するアンテナであって、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナと、前記アンテナを介して信号を送信または受信する送受信器と、前記送受信器が送信または受信する信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路とを備えている。
【００１１】
本発明に従った実施の形態による無線通信方法は、ある周波数帯の信号が共振するスロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチとを備え、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナを介して信号を送信または受信する無線装置を用いた無線通信方法において、
前記アンテナと前記スロットとを第１の強さで電磁結合させるために,前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡するステップと、前記アンテナと前記スロットとを前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合させるために、前記スイッチが前記複数の地板領域間を開放するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１３】
本発明に係る実施の形態による無線装置は、アンテナとスロットとの電磁結合を利用することによって、送信波の放射パターンおよびアンテナの入力インピーダンスを変化させる。それにより、無線装置は、散乱体に影響されることなく送信波の放射パターンを変化させることができる。尚且つ、無線装置の通信品質は劣化しない。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１実施の形態による無線装置１００の概略図である。無線装置１００は、地板１０、スイッチ３０、アンテナ４０、送受信器５０および制御回路６０を備えている。地板１０にはスロット２０が設けられている。
【００１５】
地板１０は、金属等の導体から成り、送受信器５０および制御回路６０を実装する基板である。
【００１６】
スロット２０は細長い形状をした長方形の開口である。スロット２０の幅は約λ／１０００から約λ／１０であり、その長さは約λ／２である。λは、無線装置１００に用いられる無線周波数帯の中心周波数を有する電磁波がスロット２０を伝搬するときの波長（以下、伝播波長という）である。地板１０はスロット２０を境界に第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とに分割されているが、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とはスロット２０の両端において接続している。
【００１７】
本実施の形態においてスロット２０は長手方向にほぼ直線状に延在しているが、スロット２０は曲線状に延在してもよく、さらに、ジグザグ状に延在してもよい。
【００１８】
スイッチ３０は、スロット２０の長手方向のほぼ中心に配置されている。スイッチ３０が開閉することによって、第１の地板領域Ａ１と第２の地板領域Ａ２とを電気的に開放または短絡させることができる。図１に示されているスイッチ３０は概念的なものであり、実際のスイッチ３０の回路構成は、例えば、図５に示された構成を有する。
【００１９】
アンテナ４０は、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に配置され、かつ、スロット２０の近傍に配置されている。アンテナ４０は、空間中を伝搬してきた伝播波長λの電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた信号を空間中に伝播波長λの電磁波として放射する装置である。アンテナ４０は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、また、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。
【００２０】
送受信器５０は、アンテナ４０に接続され、アンテナ４０によって受信された信号を入力し、アンテナ４０から送信する信号をアンテナ４０へ出力する。また、送受信器５０は、制御回路６０に接続され、制御回路６０に受信信号強度表示信号（以下、ＲＳＳＩ（Receiver Signal Strength Indicator）という）を与える。
【００２１】
制御回路６０は、送受信器５０およびスイッチ３０に接続され、スイッチ３０を制御する回路である。制御回路６０は、送受信器５０からのＲＳＳＩに応じてスイッチ３０を短絡または開放させる。例えば、制御回路６０は、スイッチ３０を切り替えるためにスイッチ３０へ直流電圧を出力し、スイッチ３０が切り替えられる前およびその後におけるそれそれのＲＳＳＩを比較する。この比較結果に基づいて、制御回路６０は、ＲＳＳＩを高くするようにスイッチ３０を制御することができる。
【００２２】
次に、無線装置１００の動作を説明する。
【００２３】
スイッチ３０が開放されている場合には、スロット２０の長手方向の長さがλ／２であるので、伝播波長λの電磁波がスロット２０において共振する。アンテナ４０においても伝播波長λの電磁波が共振する。アンテナ４０はスロット２０には位置されているので、このときにアンテナ４０とスロット２０とが強く電磁結合する。従って、アンテナ４０とスロット２０との両方から電磁波が放射され、その結果、無指向性の放射パターンが得られる。
【００２４】
一方で、スイッチ３０が閉じている場合には、スロット２０の長手方向の長さが電気的にλ／４になる。従って、伝播波長λの電磁波はスロット２０において共振しないので、アンテナ４０とスロット２０とは電磁結合しない。あるいは、それらの電磁結合は非常に弱い。これによって、アンテナ４０のみから電磁波が放射される。アンテナ４０は、上述の通り、地板１０の表面または裏面のいずれか一方に設けられているので、指向性の放射パターンが得られる。
【００２５】
本実施の形態は、スイッチ３０を制御することによって、アンテナ４０とスロット２０との電磁結合の度合を変化させることができる。無指向性の放射パターンと指向性の放射パターンのいずれかの放射パターンを選択することができる。
【００２６】
例えば、電磁波が様々な方向からアンテナ４０に到来する場合には、スイッチ３０を開放して放射パターンを無指向性にする。一方で、散乱体がアンテナ４０の近傍に存在する場合には、スイッチ３０を閉じることによって、放射パターンを指向性にする。これにより、無線装置１００は、散乱体に対して電磁波を放射しないように放射パターンを選択することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在する場合および存在しない場合のそれぞれにおいて、アンテナの利得および送信波の放射効率を向上させた放射パターンを得ることができる。その結果、ＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００２８】
本実施の形態において、アンテナ４０は、地板１０の表面および裏面のいずれか一方の面（以下、配置面という）に配置されている。よって、指向性の放射パターンを選択した場合には、放射パターンは配置面が向いている方向へ指向性を有する。これは、地板１０の表面および裏面のうち配置面と反対の面に散乱体が接近することを想定しているからである。例えば、ユーザが携帯電話機で通話をするときには、通常、ユーザは自己の頭をスピーカまたはマイクが向いている面に近接させる。従って、アンテナ４０は、地板に関し、マイクまたはスピーカの向きとは反対方向を向いている面に配置される（図１１を参照）。
【００２９】
このように、地板１０の表面および裏面のうち散乱体が接近する面は、予測可能であるので、この予測に基づいて、アンテナ４０の配置面を決定すればよい。
【００３０】
本実施の形態による無線装置１００は、アンテナを１本だけ備えている。よって、構成部品点数が増えず、無線装置を小型化することができる。また、無線装置１００は、低コストで製造することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る第２実施の形態による無線装置２００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２を備えている点で第１の実施の形態と異なる。２周波共用スロット２２および２周波共用アンテナ４２は、互いに周波数帯の異なる電磁波のそれぞれが共振するように構成されている。これらの電磁波のうち、第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ１とし、第２の周波数帯にある第２の電磁波の伝播波長をλ２とする。
【００３２】
２周波共用スロット２２は、スロット構成部２２ａとスロット構成部２２ｂから成る。スロット構成部２２ａの一端にスロット構成部２２ｂの中心が垂直に結合されている。それにより、スロット構成部２２ａおよび２２ｂは一体の溝として２周波共用スロット２２を構成する。
【００３３】
スロット構成部２２ａおよび２２ｂの長さをそれぞれＬａおよびＬｂとする。λ１＝２＊Ｌａ、λ２＝２＊（Ｌａ＋Ｌｂ／２）を満たすようにＬａおよびＬｂは設計される。これにより、２周波共用スロット２２において、第１および第２の電磁波の両方が共振することができる。
【００３４】
本実施の形態において２周波共用スロット２２は、図１に示すようにＴ字型に形成されている。しかし、２周波共用スロット２２は、Ｔ字型に限定されず、互いに周波数帯の異なる電磁波が共振できればよい。例えば、２周波共用スロット２２は、Ｙ字状またはＨ字状等であってもよい。スロット２０は、メアンダ状であってもよく、長手方向の辺を途中で折り曲げてＬ字型やコの字型などの形状にすることもできる。このようにスロット２０を変形させることによって、無線装置の設計における自由度が大きくなる。さらに、スロット２０の間隙に誘電体を設けることによってスロット２０をより小さくすることができる。
【００３５】
次に、スイッチ３０の配置について説明する。スイッチ３０が閉じたときに、第１の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ１／４だけ離れた位置（第１の位置とする）、即ち、スロット構成部２２ａの中心に配置する。一方で、第２の電磁波を効果的に打ち消すためには、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅからλ２／４だけ離れた位置（第２の位置とする）に配置する。１つのスイッチ３０を用いて、第１および第２の電磁波の両方を最も効果的に打ち消すためには、第１の位置と第２の位置との中間にスイッチ３０を配置すればよい。即ち、本実施の形態において、スイッチ３０は、スロット構成部２２ａの一端Ｅから（λ２＋λ１）／４だけ離れた位置（第３の位置とする）に配置されている。第３の位置は、スロット構成部２２ａの中心から約Ｌｂ／４だけスロット構成部２２ｂ側へずれた位置と換言できる。スイッチ３０をこのように配置することによって、スイッチ３０が閉じているときに、第１および第２の電磁波の両方を効果的に打ち消すことができる。
【００３６】
スイッチ３０を設ける位置は２周波共用スロット２２の形状に応じて変更することができる。
【００３７】
２周波共用アンテナ４２は、空間中を伝搬してきた第１および第２の周波数帯の電磁波を受信し、かつ、送受信器５０から送信されてきた第１または第２の周波数帯の信号を空間中に電磁波として放射する。２周波共用共振アンテナ４２は、モノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどの線状アンテナであってもよく、スロットアンテナやパッチアンテナなどの平面アンテナであってもよい。２周波共用アンテナ４２の配置は、第１の実施の形態におけるアンテナ４０と同じでよい。
【００３８】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、第１および第２の電磁波の両方について、無指向性と指向性のいずれかの放射パターンを選択することができる。その結果、第１および第２の電磁波の両方についてＲＳＳＩがより高くなるように放射パターンを選択することができるので、無線装置の通信品質が向上する。
【００３９】
本実施の形態では、２周波共用スロットおよび２周波共用アンテナを用いたが、３周波以上の電磁波を共用することができるスロットおよびアンテナを用いてもよい。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係る第３実施の形態による無線装置３００の概略図である。本実施の形態は、２周波共用アンテナ４２および複数のスイッチ３０ａ、３０ｂを備えている点で第１の実施の形態と異なる。
【００４１】
本実施の形態において、２周波共用アンテナ４２は、第１および第３の周波数帯の電磁波を送信または受信する。第１の周波数帯にある第１の電磁波の伝播波長をλ１とし、第３の周波数帯にある第３の電磁波の伝播波長をλ３とする。λ３はλ１よりも小さい。
【００４２】
スイッチ３０ａ、３０ｂは、いずれも第１の実施の形態におけるスイッチ３０と同様の構成を有する。スイッチ３０ａは、アンテナ４２の近傍にあるスロット２０の一端Ｅ´からＬｃ（Ｌｃ＝λ３／２）だけ離れた位置に配置されている。Ｌｃは、スイッチ３０ｂは、一端Ｅ´とスイッチ３０ａとの間のほぼ中心に配置されている。
【００４３】
スロット２０の長さはＬａ（Ｌａ＝λ１／２）である。よって、スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が開放されている場合（ケース１）には、スロット２０において、第１の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第１の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となる。
【００４４】
スイッチ３０ａが閉じており、スイッチ３０ｂが開放されている場合（ケース２）には、スロット２０のうち、一端Ｅ´からスイッチ３０ａまでの部分において第３の電磁波が共振する。これにより、スロット２０とアンテナ４２とは第３の周波数帯の信号に関して強く電磁結合する。従って、第１の周波数帯の信号の放射パターンは指向性となり、第３の周波数帯の信号の放射パターンは無指向性となる。
【００４５】
スイッチ３０ａおよび３０ｂの両方が閉じている場合（ケース３）には、第１および第３の電磁波の両方ともに共振しない。これにより、スロット２０とアンテナ４２との電磁結合は第１および第３の周波数帯のいずれの信号に関しても弱くなる。従って、第１および第３の周波数帯の信号の放射パターンはいずれも指向性となる。
【００４６】
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態によれば、上述のケース２のように、互いに周波数帯の異なる信号の一方のみを、スロットにおいて共振させることができる。従って、本実施の形態は、互いに周波数帯の異なる信号のうち一方のみの放射パターンを変更させることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係る第４実施の形態による無線装置４００の概略図である。本実施の形態は、可変整合回路７０を備えている点で第１の実施の形態と異なる。可変整合回路７０は、地板１０に搭載され、アンテナ４０と送受信器５０との間に接続されている。
【００４８】
アンテナ４０の入力インピーダンスは、アンテナ４０の近傍に散乱体が存在するか否か、あるいは、スイッチ３０の開閉によって変動する。このような場合に、可変整合回路７０は、制御回路６０の制御を受けて自身のインピーダンスを変更する。それによって、可変整合回路７０は、アンテナ４０と送受信器５０との間のインピーダンスを整合させることができる。
【００４９】
次に、スイッチ３０および可変整合回路７０の回路構成を詳細に説明する。
【００５０】
図５（Ａ）は、スイッチ３０の回路構成の具体例を示す図である。 スイッチ３０は、３つのキャパシタＣ１、1つのインダクタＬ、２つのインダクタＬ１および可変容量ダイオードＤから成る。端子ａおよび端子ｂは、第１の基板領域および第２の基板領域に接続されている。端子ｃは制御回路６０に接続されている。
【００５１】
図５（Ｂ）は、端子ａと端子ｂとの間に高周波信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。図５（Ｃ）は、端子ａと端子ｂとの間に直流信号が与えられた場合における図５（Ａ）の等価回路を示している。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図５（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５２】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図５（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧が無線送受信器５０へ印加されない。
【００５３】
可変容量ダイオードＤは制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してキャパシタンスＣを発生する。図５（Ｂ）に示す回路の端子ａと端子ｂとの間のインピーダンスは、１／（ｊωＣ＋１／ｊωＬ） と表せる。ここで、ωは角周波数、ＣおよびＬは可変容量ダイオードＤのキャパシタンスおよびインダクタンスである。
【００５４】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加していないときに、ｊωＣ＋１／ｊωＬ＝０を満たすようにＣおよびＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスは無限大になる。即ち、スイッチ３０は開放状態になる。
【００５５】
制御回路６０が可変容量ダイオードＤに逆バイアス電圧を印加しているときに、Ｃ>>Ｌ となるようにキャパシタンスＣおよびインダクタンスＬを選択すると、端子ａとｂとの間のインピーダンスはほぼゼロになる。即ち、スイッチ３０は短絡状態になる。このように、スイッチ３０は高周波信号をスイッチングすることができる。
【００５６】
図６（Ａ）は可変整合回路７０の回路構成の具体例を示す図である。可変整合回路７０は、５つのキャパシタＣ１、４つのインダクタＬ１および２つの可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２から成る。端子ｄ１および端子ｄ２は制御回路６０に接続されている。端子ｅ１および端子ｅ２はアンテナ４０に接続されている。端子ｆ１および端子ｆ２は送受信器５０に接続されている。
【００５７】
図６（Ｂ）は、端子ｅ１、ｅ２と端子ｆ１、ｆ２との間に高周波信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。図６（Ｃ）は、端子ｄ１と端子ｄ２に直流信号が与えられた場合における図６（Ａ）の等価回路である。高周波信号に対して、キャパシタＣ１は短絡され、インダクタＬ１は開放される（図６（Ｂ）参照）。よって、送信または受信される無線周波数帯の信号が制御回路６０に入力されない。
【００５８】
一方、直流信号に対しては、キャパシタＣ１は開放され、インダクタＬ１は短絡される（図６（Ｃ）参照）。よって、制御回路６０が発生する直流電圧がアンテナ４０または無線送受信器５０へ印加されない。
【００５９】
可変容量ダイオードＤ１およびＤ２は、制御回路６０によって印加される逆バイアス電圧に比例してそれぞれキャパシタンスＣ´およびＣを発生する。
【００６０】
仮に、送受信器５０が５０Ω系の入出力線路で構成されているとする。図６（Ｂ）に示す破線Ａからアンテナ４０へのインピーダンスが５０Ωでない場合であっても、キャパシタンスＣ´およびＣを調節することにより破線Ｂからアンテナ４０側を見たときのインピーダンスを５０Ωにすることができる。これによって、アンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。
【００６１】
送受信器５０が５０Ω系以外の特性インピーダンスを有する入出力線路で構成されている場合であっても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。これにより、アンテナの設計の自由度が増える。例えば、アンテナを小型化または低姿勢化することができる。
【００６２】
放射パターンの変更によりアンテナ４０と送受信器５０との間でインピーダンスの不整合が生じても、可変整合回路７０はアンテナ４０と送受信器５０とのインピーダンスを整合することができる。その結果、無線装置の通信品質が向上する。
【００６３】
第４の実施の形態において、可変整合回路７０は第１の実施の形態に付加されている。しかし、可変整合回路７０は第２または第３の実施の形態に付加されても第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、図７（Ａ）から図１０（Ｂ）は、アンテナ４０の実施の形態を示す。これらの図面には、地板１０、スロット２０、スイッチ３０およびアンテナ４０のみが示され、他の構成要素は省略されている。
【００６５】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されているアンテナ４０はモノポールアンテナ４０ａである。図７（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図７（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６６】
アンテナ４０ａはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ａの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６７】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示されているアンテナ４０は逆Ｆアンテナ４０ｂである。図８（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図８（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００６８】
アンテナ４０ｂはスロット２０の長手方向に対して垂直に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｂの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００６９】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示されているアンテナ４０はスロットアンテナ４０ｃである。図９（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図９（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７０】
スロットアンテナ４０ｃは、スロット２０に近接しており、スロット２０の長手方向に対して平行に延びている。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７１】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示されているアンテナ４０はパッチアンテナ４０ｄである。図１０（Ａ）は地板１０の正面から見た図であり、図１０（Ｂ）は地板１０の右側面から見た図である。
【００７２】
アンテナ４０ｄは、スロット２０に近接しており、地板１０の表面に対して平行に面している。地板１０の表面からアンテナ４０ｃの高さは、約λ／１００から約λ／１０である。
【００７３】
アンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを第１から第４の実施の形態に用いることによって、第１から第４の実施の形態はそれぞれの効果を得ることができる。尚、第３の実施の形態においては、アンテナ４２にアンテナ４０ａからアンテナ４０ｄのいずれかを適用する。
【００７４】
図１１は、図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機５００を示す。携帯無線機５００は、無線装置１００が備えた構成要素、音声変復調器（ＰＣＭ（Pulse Code Modulation））８０、スピーカ９０およびマイク９２を備えている。
【００７５】
音声変復調器８０は、送受信器５０、制御回路６０、スピーカ９０およびマイク９２に接続されている。音声変復調器８０は、アンテナ４０で受信され送受信器５０において復調された信号を音声信号に復調する。また、音声変復調器８０は、音声信号を変調して送受信器５０に送出する。さらに、音声変復調器８０は、音声信号の変調または復調を実行していることを示す変復調表示信号を制御回路６０へ送信する。変復調表示信号は、単なるデジタル値でよい。例えば、変復調表示信号は、音声信号の変調または復調を実行しているときにハイであり、これらを実行していないときにロウでよい。
【００７６】
スピーカ９０は音声変復調器８０によって復調された電気的な音声信号を音声に変換する。マイク９２は音声を電気的な音声信号に変換し、これを音声変復調器８０に送出する。
【００７７】
制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信した場合に音声通話中であると判断し、スイッチ３０を短絡する。逆に、制御回路６０は、音声変復調器８０から変復調表示信号を受信していない場合に音声通話が行われていないと判断し、スイッチ３０を開放する。
【００７８】
次に、携帯無線機５００の送信時の動作を説明する。
【００７９】
マイク９２がユーザから発せられた音声を受信し、これを電気的な音声信号へ変換する。音声変復調器８０が音声信号を変調し、さらに送受信機５０がこれを無線周波数に変調する。送受信機５０は、無線周波数の信号をアンテナ４０によって送信する。
【００８０】
次に、携帯無線機５００の受信時の動作を説明する。
【００８１】
送受信器５０がアンテナ４０を介して信号を受信する。送受信器５０はこの信号を復調し、さらに音声変復調器８０が復調された信号を電気的な音声信号に復調する。スピーカ９０はこの電気的な音声信号を音声に変換して、ユーザに対して出力する。
【００８２】
このように、ユーザが携帯無線機５００で音声通話しているときには、制御回路６０はスイッチ３０を短絡する。それによって、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性になる。
【００８３】
アンテナ４０は、地板１０に関し、スピーカ９０およびマイク９２が向いている向きとは反対方向に向いている面に設けられている。これによって、携帯無線機５００がユーザの頭部付近に保持して使用されたときに、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に位置することになる。その結果、アンテナ４０は地板１０に関してユーザの頭部とは反対側に指向性を有する。よって、音声通話中に携帯無線機５００からユーザの頭部へ電磁波が放射されない。従って、放射パターンが乱れず、アンテナの利得が低下しない。電磁波がユーザの頭部に吸収されず、放射効率が低下しない。
【００８４】
一方で、音声通話以外の通信、例えば、電子メールで通信しているときには、音声変復調器８０が音声を変調または復調しないので、スイッチ３０が開放される。従って、アンテナ４０およびスロット２０が電磁結合され、アンテナ４０およびスロット２０は無指向性になる。無指向性の放射パターンによって、携帯無線機５００が高速で移動しているときであっても通信が途切れることがない。
【００８５】
このように、携帯無線機５００は、音声通話の場合とそれ以外の場合との両方においてアンテナの利得および放射効率を向上させる放射パターンを得ることができる。その結果、携帯無線機５００の通信品質が向上する。
【００８６】
携帯無線機５００は、無線装置１００に代えて、第２から第４の実施の形態による無線装置２００から４００を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００８７】
第１から第４の実施の形態は、ＲＳＳＩによって散乱体を検出している。携帯無線機５００は音声通話中か否かによって散乱体を検出している。
【００８８】
しかし、アンテナ４０の配置面とは反対の地板１０の面側を受像するカメラを設け、このカメラによって散乱体を検出してもよい。さらに、散乱体と地板１０との間に生じる静電容量の検出、無線装置を包む筐体と散乱体との接触の検出、並びに、音や赤外線など散乱体が発生するエネルギーの検出によっても、散乱体を検出することができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明による無線装置は、アンテナ特性を劣化させることなく、従来よりも小型化することができ、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施の形態による無線装置の概略図。
【図２】本発明に係る第２実施の形態による無線装置の概略図。
【図３】本発明に係る第３実施の形態による無線装置の概略図。
【図４】本発明に係る第４実施の形態による無線装置の概略図。
【図５】スイッチ３０の回路構成を示す図。
【図６】可変整合回路７０の回路構成の一例を示す図。
【図７】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図８】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図９】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１０】アンテナ４０の実施の形態を示す図。
【図１１】図１に示す無線装置の具体例として携帯無線機を示す図。
【符号の説明】
１００ 無線装置
１０ 地板
２０ スロット
３０ スイッチ
４０ アンテナ
５０ 送受信器
６０ 制御回路
Claims (10)
- ある周波数帯の信号が共振するスロットを有し、該スロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、
前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチと、
前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡すると前記スロットと第１の強さで電磁結合し、開放すると前記スロットと前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合するアンテナであって、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナと、
前記アンテナを介して信号を送信または受信する送受信器と、
前記送受信器が送信または受信する信号に基づいて前記スイッチを制御する制御回路とを備えた無線装置。 - 前記スロットの長手方向の長さは、前記スロットを伝播する電磁波の略２分の１波長であり、
前記スイッチは、前記スロットの長手方向に延びている辺の略中間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。 - 前記スロットは、互いに周波数帯の異なる２つの信号のそれぞれが共振する２周波共用スロットであり、
前記アンテナは、前記２つの信号のそれぞれが共振する２周波共用アンテナであることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。 - 前記スイッチは複数設けられており、
前記制御回路は、複数の前記スイッチの内少なくとも１つを切り替えることによって、前記スロットにおいて共振する信号の周波数帯を変更することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。 - 前記スロットの長手方向の長さは第１の信号の約２分の１波長であり、
複数の前記スイッチのうち第１のスイッチは、前記第１の信号よりも波長の短い第２の信号の約２分の１波長だけ前記スロットの前記一端から離れた位置に設けられ、
複数の前記スイッチのうち第２のスイッチは、前記スロットの前記一端と第１のスイッチとのほぼ中間に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の無線装置。 - 前記アンテナと前記送受信器との間に接続され、前記アンテナと前記送受信器との間のインピーダンスを整合する可変整合回路と、
前記制御回路は、前記可変整合回路のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線装置。 - 音声を入力し電気的な音声信号へ変換するマイクと、
電気的な音声信号を音声に変換し、この音声を出力するスピーカと、
前記マイクおよび前記スピーカに接続され、前記音声信号を変調または復調する場合に音声通話が行われていることを示す変復調表示信号を前記制御装置へ送信する音声変復調器とをさらに備え、
前記制御回路は前記変復調表示信号を受信することによって前記スイッチを短絡または開放することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。 - 前記アンテナは、前記地板の面のうち、前記マイクまたは前記スピーカの向きとは反対方向に向いている面に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の無線装置。
- 前記制御回路は、受信信号強度表示信号に基づいて前記スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
- ある周波数帯の信号が共振するスロットを境として隣り合う複数の地板領域を含む地板と、前記スロットに配置され、前記複数の地板領域間を短絡または開放するスイッチとを備え、前記スロットの共振周波数と等しい共振周波数を有するアンテナを介して信号を送信または受信する無線装置を用いた無線通信方法において、
前記アンテナと前記スロットとを第１の強さで電磁結合させるために、前記スイッチが前記複数の地板領域間を短絡するステップと、
前記アンテナと前記スロットとを前記第１の強さよりも強い第２の強さで電磁結合させるために、前記スイッチが前記複数の地板領域間を開放するステップとを備えた無線通信方法。
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