JP3927918B2 - 無線通信機および無線通信方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信機および無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯無線機は、小型化、薄型化および軽量化が進んでいる。ユーザが携帯無線機を容易に持ち運ぶことができるように、携帯無線機を小型化、薄型化および軽量化することは重要である。
【0003】
一方、従来から人体が携帯無線機のアンテナに影響を与えることが問題となっている。人体は、無線周波数の電波を吸収および散乱させる。さらに、人体は、携帯無線機に近接することによって、そのアンテナのインピーダンスを変動させる。
【0004】
従って、アンテナのインピーダンスを最適値となるように予め設定しても、実際の通話時にユーザの頭部が携帯無線機に近接することによって、アンテナのインピーダンスがその最適値からシフトしてしまうという問題があった。
【0005】
この問題に対処するために、アンテナに可変リアクタンス回路を接続し、これによってアンテナのインピーダンスを調節する方策がある。
【0006】
例えば、可変リアクタンス素子として、ダイオードなどの可変容量素子をアンテナに接続する。一般に、人体が携帯無線機に近接した場合には、アンテナの容量性リアクタンス成分が増加するので、人体が携帯無線機に近接したときに、可変容量素子の容量値を低減させるように制御することによって、アンテナのインピーダンスの変化を抑制することができる。このように、可変リアクタンス回路は、アンテナのインピーダンスの変化を補償することができる。
【0007】
可変リアクタンス回路としては、ダイオードトランジスタ、PINダイオード、GaAs-FETまたはダイオードなどの素子が用いられる。可変リアクタンス回路として、PINダイオードやGaAs-FETなどのスイッチング素子を用いた無線通信機が特許文献1および特許文献2に記載されている。可変リアクタンス回路として、ダイオードを用いた無線通信機が特許文献3に記載されている。
【0008】
また、特許文献4には、アンテナを送信用のアンテナと受信用のアンテナとに分離し、受信用のアンテナにのみ可変リアクタンス素子を設けた無線通信機が記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−77719公報
【特許文献2】
特開平10−190345号公報
【特許文献3】
特開平11−46115号公報
【特許文献4】
特開2000−36702公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
可変リアクタンス回路としてダイオードトランジスタを用いた場合、送信波のレベルによってダイオードトランジスタの特性が変動するため、送信波の波形が歪む。この波形の歪は、可変リアクタンス回路を備えた携帯無線機自身の送信信号を劣化させるだけでなく、他の携帯無線機が用いている周波数へ送信信号を漏洩させてしまう。
【0011】
特許文献1および特許文献2において採用されているPINダイオードやGaAs-FETはスイッチング素子として作用する。よって、送信波における波形の歪みが比較的小さい。しかしながら、携帯無線機は2周波の動作しかすることができない。即ち、PINダイオードやGaAs-FETはスイッチング素子であるので、アンテナのインピーダンス特性のリアクタンスを微調整することができない。あるいは、このリアクタンスを微調整するために、大規模で複雑化した回路が携帯無線機に必要になる。
【0012】
特許文献4に記載された無線装置では、送信時に送信アンテナと受信アンテナとの間の電磁結合によって受信アンテナに送信波が漏洩してしまう。受信アンテナに送信波が漏洩することによって、可変リアクタンス回路が送信波を歪ませるという問題が生じる。この問題に対処するために、特許文献4では、送信アンテナと受信アンテナとの間の距離を広げることを提案している。
【0013】
しかし、送信アンテナと受信アンテナとが電磁結合しないようにこれらのアンテナ間の距離を充分に広げることは、小型化が進む携帯無線機においては困難である。
【0014】
そこで、本発明の目的は、送信波を歪ませることなくアンテナのインピーダンス特性を微調整することができ、尚且つ、小型化できる無線通信機を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る実施の形態に従った無線通信機は、時分割多重方式によって信号を送信または受信する無線通信機であって、導体から成る筐体と、前記筐体に配置された送信アンテナと、前記筐体に配置された受信アンテナと、前記送信アンテナに接続された送信回路と、前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記送信回路の動作時に前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制する結合調節部とを備えている。
【0016】
本発明に係る他の実施の形態に従った無線通信機は、信号を送信または受信する無線通信機であって、表面を有し導体から成る筐体と、前記筐体の表面にある第1の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第1の線状素子、および、一端が前記第1の線状素子に接続され、前記筐体の表面に対して平行に延びている第2の線状素子からなる受信アンテナと、前記第2の線状素子の他端と前記筐体の表面との間に接続された可変リアクタンス回路と、前記筐体の表面のうち、前記第2の線状素子の他端側の表面にある第2の給電点に接続され、該筐体の表面に対して垂直に設けられた第3の線状素子、および、一端が前記第3の線状素子に接続され、他端が前記受信アンテナから離隔する方向にあり、前記筐体の表面に対して平行に設けられた第4の線状素子からなる送信アンテナと、前記第1の給電点において前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記第2の給電点において前記送信アンテナに接続された送信回路とを備えている。
【0017】
本発明に係るさらに他の実施の形態に従った無線通信機は、信号を送信または受信する無線通信機であって、導体から成る筐体と、前記筐体の一端の隅に接続された送信アンテナと、前記筐体の一端の隅から前記筐体の他端へ向かって前記信号の約4分の1波長だけ離れた位置に、前記信号の約4分の1波長だけ前記筐体の内部に窪んだ電流阻止部と、前記電流阻止部よりも前記筐体の他端側に配置された受信アンテナと、前記送信アンテナに接続された送信回路と、前記受信アンテナに接続された受信回路と、前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続された可変リアクタンス回路とを備えている。
【0018】
本発明に係るさらに他の実施の形態に従った無線通信機は、表面を有し、導体から成る筐体と、前記筐体に配置された送受共用アンテナと、前記送受共用アンテナに接続された送信回路および受信回路と、前記送受共用アンテナ付近に配置され、前記筐体の表面に対して平行な線状もしくは板状の導体素子と、前記筐体と前記導体素子との間に接続された複数の高周波スイッチとを備えている。
【0019】
本発明に係る実施の形態に従った無線通信方法は、信号を送信する送信アンテナ、信号を受信する受信アンテナ、および、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を調節する結合調節部を備えた無線通信機を用いて、
信号の受信時に前記結合調節部は前記受信アンテナのインピーダンスを調節するステップと、信号の送信時に前記結合調節部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの電磁結合を抑制するステップとを備えている。
【0020】
本発明に係る他の実施の形態に従った無線通信方法は、導体から成る筐体と、前記筐体に配置され信号を送受信する送受共用アンテナ、前記送受共用アンテナと電磁結合することができる導体素子、および、前記導体素子と前記筐体とを接続または切断する複数のスイッチング素子を備えた無線通信機を用いて、
前記複数のスイッチング素子を切り替えることによって、前記送受共用アンテナと前記導体素子との電磁結合を3段階以上の異なる度合に調節するステップを備えている。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を説明する。尚、本実施の形態は本発明を限定するものではない。
【0022】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態に従った携帯無線機100の模式図である。携帯無線機100は、筐体101、受信アンテナ102、送信アンテナ103、受信回路104、送信回路105、可変リアクタンス回路106および制御回路107を備えている。本実施の形態において、携帯無線機100は、時分割多重(TDM(Time Division Multiplex))によって信号の送受信を行う。
【0023】
受信アンテナ102、送信アンテナ103および可変リアクタンス回路106は筐体101の外側の表面に配置されている。この配置とは、アンテナの少なくとも一部が筐体101の表面に固定(または半固定)されていれば良い。受信回路104、送信回路105および制御回路107は、筐体101に内蔵されている。
【0024】
筐体101は送受信された信号が伝播する導体から成る。例えば、筐体101は金属などの導電体から成る筐体である。軽量化のために、筐体101はプラスチックの表面に鍍金して形成された筐体であってもよい。さらに、筐体101に代えて金属などの導電体から成る板状の地板を採用してもよい。地板を採用する場合には、受信回路104、送信回路105、制御回路107は地板の表面に配置される。
【0025】
本実施の形態において、アンテナは送受信兼用のアンテナではなく、信号を受信するために用いられる受信アンテナ102および信号を送信するために用いられる送信アンテナ103は互いに分離されている。受信アンテナ102は、λ/4の長さを有するモノポールアンテナである。ここで、λは送信波または受信波の波長である。受信アンテナ102は可変リアクタンス回路106に接続されており、可変リアクタンス回路106は給電点130において筐体101に接続されている。送信アンテナ103は筐体101に接続されている。
【0026】
筐体101は、受信アンテナ102と接続することによって、受信波および送信波と共振するように設計される。
【0027】
受信回路104は、受信アンテナ102に接続され、受信アンテナ102を介して信号を受信する。送信回路105は、送信アンテナ103に接続され、送信アンテナ103を介して信号を送信する。
【0028】
制御回路107は、受信回路104、送信回路105および可変リアクタンス回路106に接続され、受信された信号または送信する信号に基づいて可変リアクタンス回路106を制御する。
【0029】
図2は、リアクタンス回路106の具体例を示す回路図である。リアクタンス回路106は、ダイオード201、インダクタンス203およびコンデンサ202を有する。端子Eaは受信アンテナ102に接続されている。端子Ebは受信回路104に接続されている。端子Ecはグランドに接続されている。端子Edは制御回路107に接続されている。
【0030】
ダイオード201はバイアス電圧によって容量値を発生する素子である。ダイオード201の容量値は、ダイオード201に印加されるバイアス電圧を変化させることによって調節することができる。
【0031】
インダクタンス203は、制御回路107からの直流バイアス電圧をダイオード201へ通過させ、尚且つ、受信アンテナ102からの高周波信号が制御信号107へ漏洩することを防止する。
【0032】
コンデンサ202は、受信アンテナ102からの高周波信号をダイオード201へ通過させ、尚且つ、制御回路107からの直流バイアス電圧が受信アンテナ102へ漏洩することを防止する。
【0033】
受信アンテナ102が動作する周波数を1GHzとした場合、キャパシタンス202は約10pFであり、インダクタンス203は約5nHである。ダイオード201の容量値は、受信アンテナ102の長さに応じて選択される。
【0034】
次に、制御回路107が可変リアクタンス回路106を制御する方法について説明する。まず、制御回路107はダイオード201の容量値が高くなるように、ダイオード201にバイアス電圧を印加する。アンテナ102は、ダイオード201の容量値が高く、かつ、人体などの散乱体が受信アンテナ102の近傍にないときに、可変リアクタンス回路106とインピーダンス整合が得られるように予め設計される。
【0035】
人体などの散乱体が受信アンテナ102に接近したときには、受信アンテナ102のリアクタンス値の容量成分が増加するので、制御回路107は、ダイオード201の容量値を段階的に減少させる。ダイオード201の容量値が減少している間に、制御回路107は、受信回路104における受信電界強度を定期的に測定する。各受信電界強度は、それぞれが測定されたときの容量値と関連付けられて、制御回路107内に設けられた記憶部に格納される。制御回路107は、ダイオード201の容量値を、最大の受信電界強度と関連付けられた容量値に固定する。このように、可変リアクタンス回路106は、制御回路107からの制御を受けて受信アンテナ102のインピーダンスを調節し、それによって、受信回路104の受信電界強度を最大にすることができる。尚、制御回路107が測定する受信電界強度は、例えば、信号のパケットの先頭部分にあるプリアンブルが受信回路104に受信されたときの受信電界強度を用いればよい。
【0036】
次に、受信アンテナ102と送信アンテナ結合103との電磁結合を制御する手法について説明する。受信時においては、制御回路107は、受信アンテナ102と筐体101とが電気的に短絡するように可変リアクタンス回路106を制御する。これにより、波長λの受信波が受信アンテナ102および筐体101において共振する。その結果、受信時に、可変リアクタンス回路106は、受信回路104の受信電界強度を最大にすることができる。
【0037】
一方で、送信時においては、制御回路107は、受信アンテナ102と筐体101とが電気的に切断されるように可変リアクタンス回路106を制御する。即ち、送信時には、制御回路107は可変リアクタンス回路106を開放状態にする。これにより、受信アンテナ102の両端が開放端となる。よって、受信アンテナ102は4分の1波長素子となる。従って、受信アンテナ102と送信アンテナ103との間の電磁結合が最小になる。この理由は次のとおりである。受信アンテナ102と筐体101とが電気的に切断されると、受信アンテナ102の両端が開放端となるので、受信アンテナ102は4分の1波長の素子となる。このとき、受信アンテナ102のリアクタンス値は、共振長であるλ/2の長さを有する素子のリアクタンス値から最も離れた値となるからである。
【0038】
このように、本実施の形態は、受信時において受信回路104における受信電界強度を最大とし、送信時において受信アンテナ102と送信アンテナ103との間の電磁結合を抑制する。従って、本実施の形態によれば、送信時における送信波形の歪を低減し、その結果、通信性能を向上させることができる。
【0039】
本実施の形態によれば、受信アンテナ102と送信アンテナ103とを分離し、かつ、可変リアクタンス回路106を送信アンテナ103に設けることなく受信アンテナ102に設けている。これにより、本実施の形態は以下の効果を有する。
【0040】
送信時に送信信号が可変リアクタンス回路106を通過しないので、送信および受信のアンテナを共用化した無線通信機に比べて、本実施の形態は送信波の歪を低減させることができる。
【0041】
多くの無線通信システムにおいて送信周波数帯と受信周波数帯とは互いに離れている。これらの周波数帯の信号を1つのアンテナで送信または受信する場合には、アンテナは、これらの周波数帯の最も低い周波数から最も高い周波数まで送受信可能でなければならない。これに伴い、複雑な整合回路が必要となり、この整合回路によってアンテナの利得が損なわれていた。
【0042】
しかし、本実施の形態によれは、受信アンテナ102と送信アンテナ103とが分離されているので、各々のアンテナが、送信周波数帯の信号と受信周波数帯の信号を送信または受信すれば足りる。よって、各々のアンテナがカバーすべき周波数帯を狭くすることができる。これによって、整合回路が簡易化され、それに伴い、アンテナの損失が低減される。
【0043】
(実施例2)
図3(A)は、本発明に係る第2の実施の形態に従った携帯無線機200の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ102と可変リアクタンス回路106との間に高周波スイッチ108が接続されている点で第1の実施の形態と異なる。制御回路107は、可変リアクタンス回路106だけでなく、高周波スイッチ108をも制御する。これによって、高周波スイッチ108は、可変リアクタンス回路106を受信アンテナ102から電気的に切断することができる。携帯無線機200は、携帯無線機100と同様に時分割多重によって信号の送受信を行う。
【0044】
受信時においては、高周波スイッチ108は可変リアクタンス回路106と受信アンテナ102とを電気的に短絡する。それによって、本実施の形態は、第1の実施の形態の受信時における動作と同様の動作を実行する。
【0045】
送信時においては、高周波スイッチ108は可変リアクタンス回路106を受信アンテナ102から電気的に切断する。高周波スイッチ108が受信アンテナ102を筐体101から開放するので、可変リアクタンス回路106は開放状態になる必要がない。
【0046】
送信時において可変リアクタンス回路106は開放状態にならないので、送信波が可変リアクタンス回路106に漏洩する可能性がある。しかし、本実施の形態によれば、高周波スイッチ108は、受信アンテナ102と可変リアクタンス回路106との間を開放するので、送信波が可変リアクタンス回路106に漏洩しない。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。
【0047】
図3(B)および図3(C)は、第2の実施の形態の変形例を示す模式図である。図3(B)および図3(C)には、受信アンテナ102の近傍のみが示され、他の構成要素は省略されている。
【0048】
図3(A)に示した第2の実施の形態において、可変リアクタンス回路106は受信アンテナ102と給電点130との間に直列に接続され、高周波スイッチ108は、可変リアクタンス回路106と受信アンテナ102との間に直列に接続されている。この場合、給電点130において、受信回路104、可変リアクタンス回路106および筐体101が接続されている。
【0049】
図3(B)に示す変形例においては、可変リアクタンス回路106は、受信アンテナ102の途中から給電点130と異なる接続点135までの間に接続され、接続点135において筐体101に接続されている。高周波スイッチ108は、受信アンテナ102と可変リアクタンス回路106との間に接続されている。尚、給電点130は、筐体130に接続されていない。本変形例は、第2の実施の形態と同様の効果を有する。
【0050】
図3(C)に示す変形例は、受信アンテナ102の先端部に可変リアクタンス回路106を接続した形態である。可変リアクタンス回路106は受信アンテナ102と接続点135との間に接続され、高周波スイッチ108はアンテナ102と可変リアクタンス回路106の間に接続されている。尚、給電点130は、筐体130に接続されていない。本変形例は、第2の実施の形態と同様の効果を有する。
【0051】
このように高周波スイッチ108によってアンテナから分離された可変リアクタンス回路106は、その容量値が小さくなるので、送信電力の漏洩は小さくなる。従って、可変リアクタンス回路106による送信電力の歪はほぼ無視できる。
【0052】
(第3の実施の形態)
図4は、本発明に係る第3の実施の形態に従った携帯無線機300の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ112および送信アンテナ113が線状素子により形成されている点で第1の実施の形態と異なる。尚、第3から第6の実施の形態は、時分割多重以外の通信方式によって信号を送受信する携帯無線機であってもよい。
【0053】
携帯無線機300は、受信アンテナ112および送信アンテナ113を備えている。受信アンテナ112は線状素子131および132から成り、送信アンテナ113は線状素子134および135から成る。
【0054】
線状素子131は、給電点130において筐体101に接続され、筐体101の表面137に対して垂直となるように配置される。線状素子132は、線状素子131の先端に接続され、側面137に対して平行となるように配置される。線状素子131の長さと線状素子132の長さの合計は、携帯無線機300が用いる受信周波数帯の中心周波数の約4分の1波長である。
【0055】
線状素子134は、給電点133において筐体101に接続され、側面137に対して垂直となるように配置される。線状素子135の一端は、線状素子134の先端に接続され、その他端は、受信アンテナ112から離れる方向にある。さらに、線状素子135は側面137に対して平行となるように配置される。線状素子134の長さと線状素子135の長さの合計は、携帯無線機300が用いる送信周波数帯の中心周波数の約4分の1波長である。線状素子131、132、134および135は、金属などの導体から成る。
【0056】
可変リアクタンス素子106は受信アンテナ112の先端部、即ち、受信アンテナ112の開放端と接続点136との間に接続されている。可変リアクタンス素子106は接続点136において筐体101に接続されている。
【0057】
このように、受信アンテナ112および送信アンテナ113は、共に筐体101の同一の側面137上に設けられ、同一の方向を向くように配置されている。線状素子132および線状素子135はほぼ同一線上に配置されてよい。
【0058】
図5(A)から図5(D)を参照して、本実施の形態の効果を説明する。これらの図は、受信アンテナ112および送信アンテナ113の様々な配置を示した図である。図5(A)から図5(D)に示す受信アンテナ112および送信アンテナ113は、いわゆる、逆Lアンテナである。逆Lアンテナにおいては、線状素子134から送信電力が放射されるとともに、線状素子135に沿って送信電力が筐体101に漏洩する。
【0059】
線状素子134から線状素子131へ送信電力が放射されることによって、線状素子134と線状素子131とが電磁結合する(以下、放射による結合という)。放射による結合は、線状素子134と線状素子131との距離を大きくすることによって抑制され得る。
【0060】
一方、送信電力は線状素子135から線状素子131および筐体101を伝播する。これによって、受信アンテナ112と送信アンテナ113とが電磁結合する(以下、漏洩による結合という)。漏洩による結合は、受信アンテナ112および送信アンテナ113のそれぞれの開放端を対向させないことによって抑制され得る。
【0061】
図5(A)において、線状素子131および線状素子134は比較的近接している。線状素子132および線状素子135は、それぞれ線状素子131および線状素子134に接続されている接続点から互いに反対方向へ延びている。このように受信アンテナ112および送信アンテナ113を配置すると、漏洩による結合は小さいが、放射による結合は大きい。
【0062】
図5(B)において、線状素子131および線状素子134は比較的遠方に離隔している。線状素子132および線状素子135は、それぞれ線状素子131および線状素子134に接続されている接続点から互いに向き合う方向へ延びている。このように受信アンテナ112および送信アンテナ113を配置すると、放射による結合は小さいが、漏洩による結合は大きい。
【0063】
図5(C)において、線状素子131および線状素子134は比較的遠方に離隔している。線状素子132および線状素子135は、それぞれ線状素子131および線状素子134に接続されている接続点から互いに反対方向へ延びている。このように受信アンテナ112および送信アンテナ113を配置すると、放射による結合および漏洩による結合はともに小さい。
【0064】
一般に、時分割多重方式を採用していない無線通信機においては、可変リアクタンス回路によって受信アンテナと送信アンテナとの電磁結合を抑制することが困難である。よって、送信アンテナ113と受信アンテナ112との電磁結合を抑制するためには、図5(C)に示すように、送信アンテナ113と受信アンテナ112との距離を離して配置しなければならない。
【0065】
しかし、送信アンテナ113と受信アンテナ112との距離を離して配置すると、これらのアンテナの特性が大きく相違してしまう。特に、携帯無線機の場合には、筐体101もアンテナの一部として作用するので、送信アンテナ113および受信アンテナ112を取り付ける位置を遠隔にすると、送信アンテナ113の放射パターンおよび受信アンテナ112の放射パターンに差異が生じる。これにより、無線通信機の通信性能を劣化させる。例えば、基地局がある方向に対して、送信アンテナ113の放射パターンが受信アンテナ112の放射パターンよりも大きい場合に、送信信号が基地局に届いているにも関わらず、基地局からの受信信号を無線通信機が受信できないことがある。このような場合、無線通信機による通信ができなくなる。即ち、送信アンテナ113および受信アンテナ112の放射パターンが異なる場合には、両方の放射パターンが同一の場合と比べて通信不能な範囲が多くなる。
【0066】
逆に、例えば、基地局がある方向に対して、受信アンテナ112の放射パターンが送信アンテナ113の放射パターンよりも大きい場合には、基地局へ信号を送信できないことがある。このような場合にも、両方の放射パターンが同一の場合と比べて通信不能な範囲が多くなる。また、図5(C)に示す配置は、無線送信機を小型化することを妨げる。
【0067】
図5(D)において、線状素子131および線状素子134は比較的遠方に離隔している。線状素子132および線状素子135は、それぞれ線状素子131および線状素子134に接続されている接続点から互いに同じ方向へ延びている。このように受信アンテナ112および送信アンテナ113を配置すると、漏洩による結合は、図5(A)に示す配置よりも大きく、図5(B)に示す配置よりも小さくなる。また、放射による結合は、図5(A)に示す配置よりも小さく、図5(B)に示す配置よりも大きくなる。即ち、図5(D)に示す配置によって、送信アンテナ113と受信アンテナ112との漏洩による結合およびこれらの放射による結合はいずれも中程度となる。また、この配置の場合、送信アンテナ113の放射パターンと受信アンテナ112の放射パターンとの相違は、図5(C)に示す配置の場合と比べ小さい。さらに、この配置においては、線状素子132および線状素子135が互いに同じ方向へ延びているので、無線送信機の小型化を妨げない。
【0068】
図4に示す無線通信機300は、送信時に可変リアクタンス回路106が開放状態になることによって、図5(D)に示すアンテナ配置を有する。従って、本実施の形態によれば、送信アンテナ113の放射パターンと受信アンテナ112の放射パターンとの相違が小さく、尚且つ、漏洩による結合および放射による結合はいずれも中程度であり、大きくない。また、上述の通り、無線送信機300は従来よりも小型化され得る。
【0069】
さらに、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。即ち、本実施の形態は時分割多重による送受信にも適用可能である。
【0070】
(第4の実施の形態)
図6は、本発明に係る第4の実施の形態に従った携帯無線機400の模式図である。本実施の形態は、受信アンテナ112および送信アンテナ113のそれぞれの配置が第3の実施の形態と異なる。本実施の形態において、受信アンテナ112は、側面137の長手方向の一端側にある上面138のコーナ部151の近傍に配置されている。送信アンテナ113は、上面138においてコーナ部151と反対側にあるコーナ部152の近傍に配置されている。受信アンテナ112は上面138に配置され、送信アンテナ113は側面137に配置されている。よって、線状素子132と線状素子135とは互いに直交する方向に向いている。
【0071】
本実施の形態は、受信アンテナ112および送信アンテナ113をこのように配置することによって、これらのアンテナ間の電磁結合を抑制し、さらに、これらのアンテナの帯域幅を広げることができる。
【0072】
図7(A)から図7(D)は、アンテナの配置に対する電流分布の相違を示す図である。これらの図を参照して、第4の実施の形態の効果を説明する。上述のように、携帯無線機においては、筐体101もアンテナの一部として作用する。よって、携帯無線機400が信号を送受信するときには、筐体101に電流分布が生じる。
【0073】
図7(A)から図7(D)に示すアンテナは、受信アンテナ112または送信アンテナ113のいずれかである。図7(A)に示すように、アンテナが側面137の中間に配置された場合には、電流はアンテナの位置から放射状に流れる。アンテナの配置位置における電流分布が最大となるが、電流が放射状に流れることによって、アンテナの配置位置からの送信波または受信波の放射が打ち消されてしまう。電流が近接してしかも逆方向に流れている場合、お互いに放射界を打ち消すように放射が生じるからである。
【0074】
これに対し、図7(B)に示すように、アンテナが側面137の長手方向の一端に配置されることによって、電流は側面137の該一端から他端へ一方向に流れる。このときアンテナが動作可能な周波数帯域は、筐体101からの放射の援助によって最大になる。
【0075】
より好ましくは、図7(C)に示すように、筐体101の長手方向の長さL1をλ/4以上にし、幅方向の長さL2をλ/4以下にする。これにより、アンテナから筐体101に漏洩する電流の分布は、長手方向に平行な辺に集中し、尚且つ、アンテナから筐体101の長手方向に流れる。これは、電流は、筐体101の端部に集中する特徴を有し、さらに、長さがλ/4以下の導体よりも、それ以上に長い導体の方が高周波的にインピーダンスが低くみえるからである。このように配置することによって、図7(B)よりも受信アンテナ112と送信アンテナ113との間の電磁結合を抑制することができる。
【0076】
長さL2をλ/4以下にする理由は次の通りである。L2がλ/4を超えて大きくなると、図7(D)に示すように幅方向に電流が流れ始める。これによって、受信アンテナ112と送信アンテナ113とが強く電磁結合してしまうからである。
【0077】
図6に示す携帯無線機400において、受信アンテナ112および送信アンテナ113が筐体101の一端に配置されている。よって、受信アンテナ112および送信アンテナ113が動作する周波数帯域は、これらのアンテナが側面137または上面138の中間に配置されているときの周波数帯域に比べて広い。
【0078】
線状素子132と線状素子135とは第3の実施の形態と同様の構成で配置されているので、同じ効果が生じ送信電力が送信アンテナ113から受信アンテナ112に漏洩しない。即ち、漏洩による結合が小さくなる。
【0079】
受信アンテナ112および送信アンテナ113は互いに異なる面138および137に配置されており、尚且つ、上面138に対して互いに反対側にあるコーナ部151および152の近傍に配置されている。これによって、線状素子131と線状素子134との距離が大きくなるので、放射による結合が小さくなる。さらに、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。即ち、本実施の形態は時分割多重による送受信にも適用することもできる。
【0080】
(第5の実施の形態)
図8は、本発明に係る第5の実施の形態に従った携帯無線機500の模式図である。本実施の形態は、筐体101に、その内部方向に窪んだ電流阻止部110が設けられている点で第1の実施の形態と異なる。
【0081】
送信アンテナ103は、側面137の一端にあるコーナ152の近傍に配置されている。送信アンテナ103の長さは約λ/4である。電流阻止部110は、送信アンテナ103の位置から側面137の他端にあるコーナ153へ向かって約λ/4だけ離れた位置に設けられている。さらに、電流阻止部110は、約λ/4だけ筐体101の内部に窪んだ形状を有する。受信アンテナ102は、電流阻止部110の近傍であってかつ電流阻止部110よりもコーナ153側に配置されている。
【0082】
送信アンテナ103および送信アンテナ103から電流阻止部110までの筐体101の部分は約λ/2の長さとなるので、波長λの送信波が共振する。電流阻止部110は、送信アンテナ103から筐体101を介して受信アンテナ102に電流が流れることを抑制する。即ち、電流阻止部110は、送信波による電流が筐体101を介して受信アンテナ102に漏洩することを阻止する。
【0083】
送信アンテナ103から筐体101に流れ込む電流は、電流阻止部110の近傍において最小となる。即ち、受信アンテナ102が電流阻止部110の近傍に配置されていることによって、受信アンテナ102には送信波による電流が最も漏洩し難くなる。これにより、本実施の形態は、受信アンテナ102と送信アンテナ103との電磁結合をさらに小さくすることができる。
【0084】
(第6の実施の形態)
図9は、本発明に係る第6の実施の形態に従った携帯無線機600の模式図である。本実施の形態は、筐体101、線状素子140、高周波スイッチ141aから141c、送受共用アンテナ142、送受信回路144および制御回路146を備えている。
【0085】
線状素子140は、側面137と平行に設けられており、3つの高周波スイッチ141aから141cを介して筐体101に接続されている。線状素子140は金属などの導体から成る。
【0086】
線状素子140が筐体143に短絡されている場合には筐体143に接続されている線状素子140から給電点143までの距離をλ/4の奇数倍とする。または、線状素子140が筐体143に短絡されている短絡点から線状素子140の開放端までの長さをλ/4の奇数倍とする。線状素子140が筐体101と短絡していない場合には、線状素子140の長さをλ/2の整数倍とする。これによって、線状素子140または筐体143における電流分布が最大になる。
【0087】
高周波スイッチ141aから141cは、線状素子140と筐体101との間を高周波数で接続または切断することができる。高周波スイッチ141aおよび141cは線状素子140の両端にそれぞれ設けられ、高周波スイッチ141bは線状素子140のいずれかの位置に設けられている。高周波スイッチ141aから141cは、例えば、アンテナスイッチ用のPINダイオードである。一般に、アンテナスイッチ用のPINダイオードは、大電力に耐えることができ、かつ、送信信号に対する歪が小さい。従って、これは、送信波による電流によって破壊されず、送信信号を劣化させない。
【0088】
尚、高周波スイッチ141aから141cは、第1から第5の実施の形態における可変容量素子として用いられるダイオード201(図2参照)とは異なる。ダイオード201はバイアス電圧の変化によって様々な容量値を有するが、高周波スイッチ141aから141cはそれぞれオンとオフとの2つの状態を有する。
【0089】
高周波スイッチ141aから141cを切り替えることによって、筐体101に接続された線状素子140の長さを変更することができる。また、高周波スイッチ141aから141cを切り替えることによって、線状素子140と筐体101との接続点を変更することができる。それによって、線状素子140とアンテナ142の給電点143との距離を変更することができる。
【0090】
送受共用アンテナ142は、コーナ部152の近傍に配置され、送信および受信に共用される。送受信回路144は、送信回路105および受信回路104を含み、送受共用アンテナ142に接続されている。制御回路146は、受信回路104および各高周波スイッチ141aから141cに接続され、これらを制御する。送受信回路144および制御回路145は筐体101に内蔵されている。アンテナ142および線状導体素子140は筐体101の側面137に配置されている。
【0091】
従来技術においては、スイッチは線状素子の末端の一箇所にしか配置されていなかった。よって、線状素子の長さや線状素子と給電点との距離は2つの状態にしか変更され得なかった。
【0092】
これに対し、本実施の形態によれば、1つの線状素子140に複数の高周波スイッチ141が設けられている。従って、複数の高周波スイッチ141aから141cのそれぞれを切り替えることによって、線状素子140の長さ、並びに、線状素子140と給電点143との距離をそれぞれ3つ以上の状態に変更することができる。
【0093】
線状素子140の長さを変更することによって、若しくは、線状素子140と給電点143との距離を変更することによって、線状素子140における電流分布およびアンテナ142の給電点における電流分布が変化する。これによって、アンテナ142のインピーダンスやアンテナ142と線状素子140との電磁界結合の状態が変化し、アンテナ142の受信電界強度などの特性が変化する。
【0094】
本実施の形態によれば、1つの線状素子140に複数の高周波スイッチ141を設けているので、アンテナ142の特性を3つ以上の状態に変更させることができる。
【0095】
例えば、制御回路145は、受信回路104における受信電界強度を測定しつつ、スイッチ141を切り替える。スイッチ141の状態と受信電界強度とを関連付けて、筐体101内に設けられた記憶部(図示せず)に格納する。制御回路146は、受信電界強度が最大となったときのスイッチ141の状態を選択して、スイッチ141をその状態に制御する。このようにして、本実施の形態では、受信回路104が最大の受信電界強度を得ることができる。
【0096】
また、スイッチ141aと141b,141bと141c間の距離不等間隔とすることで素子の長さを異ならせることができ、複数の周波数に対応が可能となる。また、一方で等間隔とすれば、同じ長さで向きを変えることができ、これによりアンテナ142との結合量を変えることができる。従って同じ周波数で結合状態を変えて、複数のアンテナ特性を持たせるのに適している。このようにスイッチ141a〜141cの間隔は、所望とするアンテナ特性に合わせて設定する。
【0097】
一方で、送信時には、受信時のスイッチ141の状態に基づいてスイッチ141の最適な状態を決定することができる。
【0098】
本実施の形態において、線状の導体素子が用いられたが、これらに代えて、板状の導体素子をもちいても本実施の形態の効果は失われない。
【0099】
【発明の効果】
本発明による無線通信機は、送信波を歪ませることなくアンテナのインピーダンス特性を微調整することができ、尚且つ、小型化され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態の模式図。
【図2】リアクタンス回路の具体例を示す回路図。
【図3】本発明に係る第2の実施の形態およびその変形例の模式図。
【図4】本発明に係る第3の実施の形態の模式図。
【図5】受信アンテナ112および送信アンテナ113の様々な配置を示した図。
【図6】本発明に係る第4の実施の形態の模式図。
【図7】アンテナの配置に対する電流分布の相違を示す図。
【図8】本発明に係る第5の実施の形態の模式図。
【図9】本発明に係る第6の実施の形態の模式図。
【符号の説明】
100、200、300、400、500、600 携帯無線機
101 筐体
102、112 受信アンテナ
103、113 送信アンテナ
104 受信回路
105 送信回路
106 可変リアクタンス回路
107 制御回路
141a、141b、141c 高周波スイッチ
142 送受共用アンテナ
144 送受信回路
Claims (1)
- 時分割多重方式によって信号を送信または受信する無線通信機において、
導体から成る筐体と、
前記筐体に配置された送信アンテナと、
前記筐体に配置された受信アンテナと、
前記送信アンテナに接続された送信回路と、
前記受信アンテナに接続された受信回路と、
前記受信アンテナと前記受信回路との間に接続され、前記受信回路の動作時に、前記受信アンテナのインピーダンスを調整し、前記送信回路の動作時に、容量値を小さくする可変リアクタンス回路と、
前記受信アンテナと前記可変リアクタンス回路との間に接続され、前記受信回路の動作時に前記受信アンテナと前記可変リアクタンス回路との間を短絡し、前記送信回路の動作時に開放する高周波スイッチと、を備えたことを特徴とする無線通信機。
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