JP4118064B2 - Antenna device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンテナ装置に関し、特に、放射パターンの切り換えが可能なアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アンテナは、指向性の有無で大別することができ、従来、
(1)無指向性(リトラクタブルアンテナ、固定式アンテナ)
(2)指向性(無給電素子、シールド版を併用したアンテナ)
(3)中間(内蔵アンテナ)
(4)指向性の制御可能(アレイアンテナ)
といったアンテナがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、携帯電話の使用状況を識別してその使用状況に適した放射パターンに切り替えることのできる携帯電話は実現されていない。
【0006】
また、アンテナ単独で無指向性と指向性の両方の放射パターンを持ちうる可能性のあるアンテナとして、各エレメントアンテナが放射器となっているアレイアンテナがあるが、このアレイアンテナは、エレメントアンテナの数だけ送受信回路と位相器を必要とし、回路が複雑化、巨大化するため、携帯電話のような小型機器への実装は困難である。
【0007】
そこで、この発明は、モニタ閲覧等のように操作者から離れた位置で携帯電話が使用される場合には、無指向性あるいはそれに近い放射パターンにし、操作者の近傍で使用される通話時には、操作者と対向する拡声器の設置面とは反対側への指向性を持つ放射パターンにする等、携帯電話の使用状況に応じて放射パターンを切り換えることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有する第1のアンテナと、無指向性の第2のアンテナと、前記携帯通信端末が前記拡声器を耳に近付けて使用する通話状態にある第1の状態にあるかキー操作によるインターネット使用中であり、かつ信号送信時である第2の状態にあるかを判別する判別手段と、前記判別手段により前記携帯通信端末が第1の状態にあると判別された場合は、前記第1のアンテナを使用し、前記第2の状態にあると判別された場合は前記第2のアンテナを使用するように切り換える切換手段とを具備することを特徴とする。
【0009】
また、請求項2記載の発明は、携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、給電部を有する無指向性の主放射導体と、前記主放射導体に近接して配置される無給電導体と、前記携帯通信端末が前記拡声器を耳に近付けて使用する通話状態にある第1の状態にあるかキー操作によるインターネット使用中であり、かつ信号送信時である第2の状態にあるかを判別する判別手段と、前記判別手段により前記携帯通信端末が前記第1の状態であると判別された場合は、前記無給電導体を接地して前記主放射導体を前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有するアンテナとして機能させ、前記第2の状態であると判別された場合は、前記無給電導体を接地から切り離して前記主放射導体を無指向性のアンテナとして機能させる制御手段とを具備することを特徴とする。
【0011】
また、請求項記載の発明は、請求項1又は請求項2の発明において、前記判別手段は、前記携帯通信端末に外付けイヤホンが接続されておらずかつ該携帯通信端末に内蔵される拡声器が使用されている場合に該携帯通信端末が前記第1の状態にあると判別することを特徴とする。
【0012】
また、請求項記載の発明は、携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、給電部を有する無指向性の主放射導体と、前記主放射導体に近接して配置される無給電導体と、前記携帯通信端末の信号送信時に前記主放射導体から放射される高周波電力により導通して前記無給電導体を接地することにより前記主放射導体を前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有するアンテナとして機能させ、信号の非送信時に非導通となり前記無給電導体を接地から切り離すことにより前記主放射導体を無指向性のアンテナとして機能させる切換手段とを具備することを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係わるアンテナ装置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【0031】
一般に、アンテナは、Q値が高い方が損失が少ないので放射効率が良く、また、送信に10W〜数10kWの大きな電力を用いるため、挿入損失や歪みが問題となるダイオードなどの非線形素子をアンテナの一部として使うことはなかった。また、固定局が主であったため、アンテナの放射パターンを切り換える必要はなかった。
【0032】
しかしながら、近年の携帯電話にみる筐体およびアンテナの小型化、信号の広域化は、Q値の低いアンテナを使うことを余儀なくしている。また、送信電力が1W以下になったことや非線形素子の特性の進歩により、PINダイオード、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)などの高周波スイッチをアンテナの一部として使える可能性がでてきた。
【0033】
これらを踏まえて、この発明に係わるアンテナ装置について携帯電話端末に用いるアンテナを例に説明していく。
【0034】
(実施例1)
この実施例では、携帯電話端末がどのように使用されているかに応じて放射パターンを切り換えるアンテナ装置について説明する。
【0035】
図1は、この実施の形態のアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【0036】
図1において、アンテナ装置100は、主に、信号処理/発生部11、無指向性のアンテナ21、指向性を有するアンテナ31から構成され、アンテナ21および31を選択的に使用することにより、アンテナ放射パターンの切り換えを可能としたものである。
【0037】
アンテナ21で送信される信号は、信号処理/発生部11で生成されてパワーアンプ23で増幅され、デュプレクサ22を介してアンテナ21から送信される。また、アンテナ21で受信される信号は、デュプレクサ22を介して低雑音増幅器(LNA)で増幅されて信号処理/発生部11に入力される。即ち、アンテナ21、デュプレクサ22、LNA23、PA24で構成される回路は、単独のアンテナで動作する従来回路に相当し、したがって、アンテナ装置100は、単独のアンテナ21で動作する従来回路上に、指向性を有するアンテナ31、切換スイッチ32、スイッチ駆動回路33が、それぞれ1つずつ追加されて構成されたものである。なお、点線で囲った部分が従来構成に追加された部分である。
【0038】
ここで、アンテナ装置100は、携帯電話端末において、モニタ閲覧時、キー操作によるインターネット等の使用時、若しくは待ち受け時を初期状態とし、この初期状態において、切換スイッチ32を無指向性のアンテナ21に接続する。また、アンテナ装置100は、携帯電話端末において、電話がかかってきたとき(着呼したとき)、若しくは電話をかけるとき(発呼したとき)を、この携帯電話端末が操作者の近傍に置かれる通話状態になったと認識する。そして、電話回線が切断されたときに、初期状態に戻ったと認識する。
【0039】
また、拡声器12は、携帯電話端末が操作者の近傍におかれる通話状態において、操作者の耳の近傍に位置するように、携帯電話端末の操作者の対向面に設置される。
【0040】
さて、アンテナ装置100は、携帯電話端末が着呼若しくは発呼することにより初期状態から通話状態となったことを認識すると、信号処理/発生部11において、無指向性のアンテナ21から指向性を有するアンテナ31に接続を切り換えるための切換信号を生成する。この切換信号は、スイッチ駆動回路33により増幅されて切換スイッチ32に入力され、これにより、切換スイッチ32は、アンテナ21からアンテナ31に接続を切り換える。
【0041】
また、アンテナ装置100は、携帯電話端末が電話回線から切断され、通話状態から初期状態に戻ったとを認識すると、信号処理/発生部11において、指向性を有するアンテナ31から無指向性のアンテナ21に接続を切り換えるための切換信号を生成し、この切換信号がスイッチ駆動回路33により増幅されて切換スイッチ32に入力されると、切換スイッチ32は、アンテナ31からアンテナ21に接続を切り換え、これにより、アンテナ装置100は初期状態に戻る。
【0042】
したがって、比較的操作者から離れた場所で携帯電話端末が使用される場合は、無指向性のアンテナ21による送受信を行い、操作者の近傍で携帯電話端末が使用される場合(通話状態のとき)は、操作者という障害物のない側に指向性のあるパターンを有するアンテナ31による送受信を行うことができる。
【0043】
また、アンテナが2つあることから、送信時には、使用状況に応じてアンテナ21かアンテナ31のいずれかを切換スイッチ32により選択し、受信時には、アンテナ21およびアンテナ31によりダイバーシティ受信するようにすることもできる。この回路構成は、図1に送受信切換スイッチおよびLNAを1つずつ追加することで容易に実現できる(図示せず)。
【0044】
図2は、この実施の形態のアンテナ装置の別の構成例を示す図である。
【0045】
図2において、アンテナ装置100は、主に、信号処理/発生部11、無指向性のアンテナ21、付加導体41から構成され、付加導体41の接地/非接地を切り換えることによりアンテナ21の放射パターンの切り換えを可能としたものである。
【0046】
アンテナ21、デュプレクサ22、LNA23、PA24で構成される回路は、図1に示したアンテナ装置と同様に、単独のアンテナで動作する従来回路に相当し、したがって、アンテナ装置100は、単独のアンテナ21で動作する従来回路上に、付加導体41、切換スイッチ42、スイッチ駆動回路43が、それぞれ1つずつ追加されて構成されたものである。なお、点線で囲った部分が従来構成に追加された部分である。また、切換スイッチ42の1つの端子は接地されているが、これは、このアンテナ装置100の回路が実装される基板を地板とみなし、これに接地されることを表す。
【0047】
付加導体41は、無給電の導体であり、アンテナ21と組み合わせて動作させたときに、切換スイッチ42により所望の2種類の放射パターンが得られるように設計されている。即ち、この付加導体41は、導波器、反射器、RFシールド板、または地板面積の拡大等に使われる。
【0048】
切換スイッチ42は、付加導体41の接地/非接地を切り換えるために用いられる。また、切換スイッチ42は、付加導体41あるいはアンテナ21のパターンの一部の開放/短絡のために用いることもできる。
【0049】
ここで、アンテナ装置100は、携帯電話端末において、モニタ閲覧時、キー操作によるインターネット等の使用時、若しくは待ち受け時を初期状態とし、この初期状態において、切換スイッチ42は、付加導体41を非接地としてアンテナ21の放射パターンに寄与していないようにする。また、アンテナ装置100は、携帯電話端末において、電話がかかってきたとき(着呼したとき)、若しくは電話をかけるとき(発呼したとき)を、この携帯電話端末が操作者の近傍に置かれる通話状態になったと認識する。そして、電話回線が切断されたときに、初期状態に戻ったと認識する。
【0050】
また、図1に示したアンテナ装置と同様に、拡声器12は、携帯電話端末が操作者の近傍におかれる通話状態において、操作者の耳の近傍に位置するように、携帯電話端末の操作者の対向面に設置される。
【0051】
さて、アンテナ装置100は、携帯電話端末が着呼若しくは発呼することにより初期状態から通話状態となったことを認識すると、信号処理/発生部11において、付加導体41を非接地から接地に切り換えるための切換信号を生成する。この切換信号は、スイッチ駆動回路43により増幅されて切換スイッチ42に入力され、切換スイッチ42は、入力された切換信号に基づいて、付加導体41を非接地から接地に切り換える。これにより、付加導体41は、導波器、反射器、RFシールド板等として機能することとなり、アンテナ21の放射パターンを無指向性から有指向性のものに切り換える。
【0052】
また、アンテナ装置100は、携帯電話端末が電話回線から切断され、通話状態から初期状態に戻ったとを認識すると、信号処理/発生部11において、付加導体41を接地から非接地に切り換えるための切換信号を生成し、この切換信号がスイッチ駆動回路43により増幅されて切換スイッチ42に入力されると、切換スイッチ42は、付加導体41を接地から非接地に切り換え、これにより、アンテナ21の放射パターンを初期状態の無指向性に戻す。
【0053】
したがって、付加導体41を接地した場合にアンテナ21の放射パターンが操作者と反対側に指向性をもつパターンとなるようにこの付加導体41を設計することで、モニタ閲覧時等の比較的操作者から離れた場所で携帯電話端末が使用される場合(初期状態)には付加導体41を非接地としてアンテナ21の放射パターンを無指向性とし、音声通話等の操作者の近傍で携帯電話端末が使用される場合(通話状態)にはアンテナ21の放射パターンを操作者と反対方向に強く電波を放射する有指向性のパターンに切り換えることができる。
【0054】
なお、図1および図2に示したそれぞれのアンテナ装置において、切換スイッチ32および42には、既存の機械的または電気的切換スイッチを用いることができ、例えば、PNダイオード、PINダイオード、MESFET等の半導体スイッチを用いることができる。
【0055】
図3は、半導体スイッチの例として、MESFETのON/OFF時の数百MHzから数GHzでの等価回路を示したものである。
【0056】
一般に、上記数百MHzから数GHzの高周波領域において、MESFETは、ON時には、0.数Ω〜1ΩのON抵抗をもち(図3(a)に示す)、OFF時には、数MΩのOFF抵抗と、それに並列に0.数pF〜1pFの端子間容量をもつ(図3(b)に示す)。ところで、アンテナ系に要求されるQ値は、必要な信号帯域と中心周波数の比から決まるが、携帯電話において、帯域比から計算されるQ値は、一般に5〜50程度である。一方、アンテナのインダクタンス成分は、設計の仕方によるが、数十Ωから数百Ωになる。したがって、所望の帯域を満足するアンテナ系の抵抗損失分は、概算すると、1〜500Ω程度になる。これは、図3(a)で示したPINダイオードのON抵抗0.数Ω〜1Ωをアンテナの一部として実装したときに、送受信の損失が0.1%〜50%増えることを意味しているが、適した設計を行えば、半導体スイッチが送受信のロスにならない。したがって、切換スイッチ32および42に、問題なくMESFETを用いることができる。
【0057】
なお、上記各実施例の補足として、電話によるやり取り以外に操作者が通話姿勢をとる場合に、音声または音楽をダウンロードしながら聴く場合が考えられる。これは、音声を流すために拡声器12が使われる点で音声通話と共通する。したがって、外付け用のイヤホン13が使われず、かつ携帯電話内蔵の拡声器12が使用されている状態を、通話状態として信号処理/発生部11に認識させることにより、より正確に携帯電話が操作者の近傍にあるか否かを識別させることができる。
【0058】
(実施例2)
この実施例では、送信時と受信時とでアンテナの放射パターンを切り換えるアンテナ装置について説明する。
【0059】
図4は、この実施の形態のアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【0060】
図4(a)は、送信時導通スイッチの回路構成を示す図であり、クロスダイオードが導通する電圧(0.数V)以上の電圧がかかった場合に導通する回路である。この送信時導通スイッチの接続された無給電導体を給電アンテナの近傍に配置すると、信号送信時にはその高周波電力により導通し、受信時には微弱電力であるので非導通となる。ここで、付属のインダクタLおよびキャパシタCは、ダイオードのOFF時の容量の存在が動作上望ましくない場合に、それを並列共振回路の一部として吸収し、アイソレーションを向上させるために付加される。
【0061】
図4(b)は、図2で示したアンテナ装置における制御線(スイッチ駆動回路43)付き切換スイッチ42を、図4(a)に示したクロスダイオードを用いた制御線を必要としない送信時導通スイッチ42’で置き換えた場合のアンテナ装置の回路構成を示す図である。
【0062】
ここで、まず、図4(b)のアンテナ装置において、クロスダイオード配置の送信時導通スイッチ42’が、アンテナ21の送信電力によってONすることを概算により確認する。
【0063】
携帯電話端末の送信電力は、最大で1W程度であり、通常の良好な送信時には、少なくとも最大送信電力の10%程度の0.1Wが電波として送信されている。ここで、付加導体41は、アンテナ21からの電磁波の一部が当たるようにアンテナ21と近接して配置されており、例えば、送信電力の10%が結合しているとすると、0.1Wの10%、即ち、0.01W程度の電力が付加導体41に加わることとなる。なお、付加導体41には、線状、板状などの導体を用いられる
さて、付加導体41のインダクタンスを実現容易な0.1μHとし、送信周波数を1GHzとすると、付加導体41のインピーダンスZは、
Z=jωL=j600Ω
となる。
【0064】
また、付加導体41にかかる電圧は、W=V^2/Zより、
V=2.5Vrms=3.5Vp−p
となり、通常、ダイオードは、0.7Vp−pの電圧が印可されればONするので、3.5Vp−pは充分なターンオン電圧といえる。したがって、アンテナの送信時にクロスダイオードが自動的に導通状態になる。
【0065】
次に、図4(a)の構成によりOFF時の特性が上がることを確認する。
【0066】
ダイオードだけが存在するとき、そのOFF時の等価回路は図3(b)のようになり、ストレーキャパシティによりOFF時アイソレーションが悪化することが一般的に知られている。典型的な端子間容量は0.5pF程度で、1GHzにおいて、このインピーダンスは、
Zc=−j×1/(2πfC)=−j320Ω
となる。つまり、図4(a)において、外付けのインダクタLとキャパシタCがなく、逆極性に接続されたダイオード2つのみが存在する場合には、−j320Ωのインピーダンスになる。
【0067】
したがって、図4(b)において、付加導体41とクロスダイオードのみが存在する場合、合計のインピーダンスは、これまでの計算より、
Ztotal=j600−j320=−j300
程度となる。
【0068】
一方、ダイオードに、外付けのインダクタLと、必要により加えられるコンデンサCが加わる場合を考える。ここで、調整の容易さのため、コンデンサは可変コンデンサでも良いし、あるいは基板間のストレーキャパシタを含んでも良い。
【0069】
ダイオードの端子間容量を0.5pF、外付けコンデンサCの容量を0.5pFとすると、合計の容量は1pFとなり、これと1GHzで共振するためのインダクタLは25nHとなる。ここで、25nHのインダクタLには、汎用品の1005タイプ(1mm×0.5mm×0.5mm)を用いれば良い。この並列共振回路のインピーダンスは、Q値を10程度とすると、QωLで与えられ、
QωL=1600Ω
となる。したがって、図4(c)の全体のインピーダンスは、
|Ztotal’|=|j600+1600|=1700Ω
となる。
【0070】
クロスダイオードのみでOFFさせたときのインピーダンスZ|Ztotal|=300Ωと、共振回路によりダイオードのストレートキャパシタンスをキャンセルした回路で得られるインピーダンス|Ztotal’|=1700Ωとを比べると、
|Ztotal’/Ztotal|=1700/300=5.7
となり、インピーダンスが少なくとも数倍高くなっていることがわかる。また、QωLと|Ztotal’|との値が近いことから、付加導体41やダイオードのストレートキャパシタの状態に依存せず、OFF時の特性を所望の一定値に決められる設計上の容易さがあることもわかる。
【0071】
したがって、図4(b)に示すアンテナ装置において、送信時のアンテナ21の送信電力によって送信時導通スイッチ42’のクロスダイオードが自動的に導通状態となり、付加導体41が接地され、これにより、無指向性のアンテナ21の放射パターンが付加導体41の反対側に強く電波を放射する有指向性のパターンに切り換えられる。つまり、アンテナ21より操作者側に付加導体41を設けることで、受信時には無指向性、送信時には操作者と反対方向に指向性を有するアンテナ装置を構成することができる。
【0072】
図5は、この実施の形態のアンテナ装置の別の構成例を示す図である。
【0073】
図5(a)に示す受信時導通スイッチは、インダクタLまたはキャパシタCをアンテナの構成の一部となるようにした場合に有効な回路である。この受信時動通スイッチは、送信時の高周波電力によって半導体が導通し、図5(a)の回路全体として並列共振回路となり、OFFになる。一方、受信時の微弱電力では、キャパシタC側に電流が流れ、ONになる。
【0074】
図5(b)は、この実施の形態の導反射器の一例を示し、インダクタLと並列に図5(a)の受信時導通スイッチを付加した例である。
【0075】
ところで、八木アンテナにおいて良く知られるように、給電導体よりやや長い導体は反射器として動作し、短い場合には導波器として動作する。
【0076】
図5(b)では、インダクタLと並列配置されたコンデンサCが、高周波電力において並列共振回路を構成するため、図5(b)に示す導反射器50は、図5(c)に示すように給電アンテナと組で使用した場合に、信号送信時にはインダクタLを含まない短い導体、則ち導波器として動作し、受信時にはインダクタLを含む長い導体、即ち反射器として動作する。即ち、無給電素子に制御線のない高周波スイッチ付加することにより、この無給電素子を給電アンテナと組で使用した場合に、送受信時それぞれにおいて異なる放射パターンを得ることができる。
【0077】
さて、図5(b)において、導反射器50は、線状導体51、この線状導体の両端に電気的に接続されたロードインダクタ52、クロス配置されたダイオード53、キャパシタ54とから構成され、図5(c)に示すように、給電部61を有する線状導体60の近傍に配置される。
【0078】
線状導体60は、その中央部が給電されると、ダイポールアンテナとして動作する。このダイポールアンテナの放射パターンは円形の無指向性であるが、導反射器50を近接配置して、線状導体60の送受信電力によりクロスダイオード53がターンオン、オフすることにより、その放射パターンに指向性をもたせることができる。
【0079】
受信時の微弱電力では、ダイオード53はターンオンせず、導反射器50の実行長は線状導体51とその両端に接続されるロードインダクタ52を含んだ長さとなる。一方、送信時には、送信電力によりダイオード53がターンオンし、ロードインダクタ52とキャパシタ54とが並列共振回路を構成し、導反射器50の実行長は線状導体51のみの長さとなる。
【0080】
したがって、導反射器50は、送信時、受信時によってその実行長が変化し、この実行長を適宜調整することにより、導波器として機能する長さ、反射器として機能する長さ、若しくは導波器としても反射器としても機能しない長さの3パターンのうち、任意の2つの長さに切り換えて使用することができる。
【0081】
ここで、図5(c)のアンテナ装置の放射パターンの切り換えについて具体例をあげて説明する。
【0082】
図6は、図5(c)のアンテナ構成における放射パターンの一例を示す図であり、主放射導体60を紙面に垂直に立てたときの水平面内の垂直偏波を表している。
【0083】
用いた定数は、周波数1500MHz、主放射導体60の長さ9.638cm、導反射器50の長さ9.148、主放射導体60と導反射器50の距離3.64、インダクタLはそれぞれ2nH、キャパシタCはそれぞれ5.6pFである。
【0084】
図6において、点線の放射パターンは、導反射器50のダイオード53がONの場合の放射パターンであり、中央円形の放射パターンは、ダイポールアンテナ(主放射導体60)のみの放射パターン、中央ひょうたん型の放射パターンは、導反射器50のダイオード53がOFFの場合の放射パターンである。
【0085】
ところで、導反射器50は、その長さを数%変化させるだけで所望の周波数では共振しなくなる。例えば、導反射器50の長さを9.148cmから7.148cmに短くすると、図5(c)のアンテナ構成において、ダイオードON時の放射パターンは、図6の中央円形の放射パターン、即ちダイポールアンテナ(主放射導体60)のみの場合と同じ放射パターンとなる。したがって、ダイオード53のOFF時に導反射器50が導波器もしくは反射器として動作するよう、ロードインダクタ52およびキャパシタ54の値を再調整することにより、ダイオードのON時には無指向性の円形放射パターンが得られ、ダイオードのOFF時には、指向性を有する点線もしくは実線ひょうたん型の放射パターンが得られる。
【0086】
したがって、導反射器50の実行長を適宜調整することにより、図6に示す3つの放射パターンのうちの任意の2つの放射パターンを切り換えて使用することができる。
【0087】
なお、上記の実施例では、制御線のないクロスダイオード53を用いたが、このクロスダイオード53の代わりに、ON・OFFのための制御線付きのPINダイオードを用いても同様の効果を得ることができる。
【0088】
なお、これまで述べてきたクロスダイオードの自己ON/OFF機能による放射パターンの切り替えは、送信時刻と受信時刻が異ならないと実現できない。したがって、TDMA方式やTDD方式のような送受信を別時刻に実施する方式において有効となる。一方、PINダイオードのような高周波スイッチに制御線を接続し、バイアス電圧によりPINダイオードのON/OFFする場合は、送信と受信を同時刻で行う方式、および送信と受信を時分割で行う方式の両方について使用可能なアンテナとなる。
【0089】
図7は、この発明に係わる携帯電話端末の筐体を模した構成例である。
【0090】
図7(a)は、携帯電話端末の樹脂筐体の正面図で、液晶パネルおよびキー操作部を除いた正面のみが銅箔71で覆われ、この銅箔71の中心線上には間隙71gが設けられている。また、液晶パネル上部には、拡声器12が設けられている。
【0091】
図7(b)は、図7(a)に示した携帯電話端末の樹脂筐体の側面図で、樹脂筐体の左側に内蔵逆Fアンテナ72が置かれ、中央に地板となる導体73、右側は前述の銅箔71、およびその上部に拡声器12が配置されている。銅箔71と地板となる導体73とは、PINダイオードで接続され、PINダイオードの両端にあるインダクタを介してPINダイオード制御用の信号が送られる。
【0092】
図7(c)は、図7(a)に示した携帯電話端末の樹脂筐体の背面図で、左上に上記のPINダイオードとインダクタからなるスイッチ74が配置され、筐体銅箔71と地板73とがスイッチ74により導通する構造になっている。右上には内蔵逆アンテナが置かれている。
【0093】
筐体銅箔71と地板73が導通状態のとき、放射パターンは、地板73を介して内蔵逆Fアンテナ72側、即ち拡声器12の設置面と反対側に放射する指向性のあるものとなる(図8(a))。一方、筐体銅箔71と地板73とが非道通状態のときは、その放射パターンは地板73を介して内蔵アンテナ72と筐体銅箔71側の両側に放射する指向性のない放射パターンとなる(図8(b))。
【0094】
なお、液晶画面等の表示部を備えるディスプレー側本体部と、テンキー等の操作ボタンを備える操作ボタン側本体部とが折りたたみ可能に連結される折りたたみ型(クラムシェル型)の携帯電話端末に、上記の各実施例において説明したアンテナ装置を適用し、この携帯電話端末の開閉を検出するために一般的に使われている開閉識別用の既存のスイッチを用いることで、その開閉状態に応じてアンテナの放射パターンを切り換えるよう構成することもできる。
【0095】
例えば、着信待ち受け時や移動時等の折りたたみ状態においては無指向性の放射パターンとし、通話時やモニタ閲覧時等のディスプレー側本体部と操作ボタン側本体部とが開かれた状態においては指向性のある放射パターンとする。これにより、ポケットやカバン等に入っている可能性の高い折りたたみ時にはどの方向からも受信可能な無指向性の放射パターンとし、通話時やモニタ閲覧時には受信方向は限られる反面受信感度の高い指向性のある放射パターンとするなど、効果的な送受信が可能となる。
【0096】
さらに、携帯電話端末やPDA等の小型携帯機器だけでなく、ノートブックパソコン等のハンドキャリアが可能な移動用通信機器についても同様の効果が得られる。すなわち、折りたたんだ状態では無指向性の放射パターンとすることでハンドキャリア時には全方向から受信できるようにし、主液晶画面を開いた使用時には、膝あるいはスチール机等の障害物があるために効率的な放射を期待できない底面側には放射しない指向性のある放射パターンとすることができる。
【0097】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、信号処理/発生部11は、拡声器12およびイヤホン13の使用状況に基づいて携帯電話端末が操作者の近傍にあるか否かを判別し、携帯電話端末が操作者の近傍にあると判断された場合は操作者と反対側に指向性を有するアンテナ31を使用し、操作者から離れた場所にあると判断された場合は無指向性のアンテナ21を使用して信号の送受信を行うので、効率的な送受信が可能となる。
【0098】
また、信号処理/発生部11は、拡声器12およびイヤホン13の使用状況に基づいて携帯電話端末が操作者の近傍にあるか否かを判別し、携帯電話端末が操作者の近傍にあると判断された場合は付加導体41を非接地としてアンテナ21の放射パターンを無指向性とし、操作者から離れた場所にあると判断された場合には付加導体41を接地してアンテナ21の放射パターンを操作者という障害物のない側に指向性のあるパターンとするので、効率的な送受信が可能となる。
【0099】
また、付加導体41をクロスダイオードを介して接地することにより、付加導体41の接地/非接地がアンテナ21の送受信電力に応じて自動的に切り換えられ、送信時と受信時とでアンテナ21の放射パターンを切り換えて効率的な送受信を行うことが可能となる。
【0100】
また、送受信電力に応じて実行長が変化する導反射器50を用い、をの実行長を適宜調整することにより、導波器として機能する長さ、反射器として機能する長さ、若しくは導波器としても反射器としても機能しない長さの3パターンのうち、任意の2つを切り換えて使用することができ、送信時と受信時とでアンテナ21の放射パターンを切り換えて効率的な送受信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わるアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【図2】この発明に係わるアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【図3】MESFETのON/OFF時の数百MHzから数GHzでの等価回路を示す図である。
【図4】この発明に係わるアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【図5】この発明に係わるアンテナ装置の一構成例を示す図である。
【図6】図5(c)のアンテナ構成における放射パターンの一例を示す図である。
【図7】この発明に係わる携帯電話端末の概略構成を示す図である。
【図8】図7の携帯電話端末の放射パターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
11 信号処理/発生部
12 拡声器
13 イヤホン
21 アンテナ
22 デュプレクサ
23 パワーアンプ
31 アンテナ
32 切換スイッチ
33 スイッチ駆動回路
41 付加導体
42 切換スイッチ
42’ 送信時導通スイッチ
43 スイッチ駆動回路
50 導反射器
51 線状導体
52 ロードインダクタ
53 クロスダイオード
54 キャパシタ
60 線状導体
61 給電部
71 銅箔
71g 間隙
72 内蔵アンテナ
73 地板
74 スイッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device capable of switching a radiation pattern.
[0002]
[Prior art]
In general, antennas can be roughly classified according to the presence or absence of directivity.
(1) Omnidirectional (retractable antenna, fixed antenna)
(2) Directivity (antenna with parasitic element and shield version)
(3) Middle (built-in antenna)
(4) Directivity controllable (array antenna)
There is an antenna.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a mobile phone that can identify the usage status of the mobile phone and switch to a radiation pattern suitable for the usage status has not been realized.
[0006]
In addition, there is an array antenna in which each element antenna is a radiator as an antenna that may have both non-directional and directional radiation patterns by itself. As many transmitter / receiver circuits and phase shifters are required, and the circuit becomes complicated and large, it is difficult to mount on a small device such as a mobile phone.
[0007]
Therefore, when the mobile phone is used at a position away from the operator, such as viewing the monitor, the present invention has a non-directional pattern or a radiation pattern close to it, and at the time of a call used in the vicinity of the operator, An object of the present invention is to provide an antenna device capable of switching a radiation pattern according to the use state of a mobile phone, such as a radiation pattern having directivity toward the opposite side of the installation surface of the loudspeaker facing the operator. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an antenna device used in a mobile communication terminal, and has a directivity on the opposite side to a loudspeaker direction of a loudspeaker built in the mobile communication terminal. An antenna, an omnidirectional second antenna, and the portable communication terminal uses the loudspeaker close to an ear In a call In the first state or using the Internet by key operation And at the time of signal transmission Determining means for determining whether or not the mobile communication terminal is in the first state; and determining the second state using the first antenna when the mobile communication terminal is determined to be in the first state. And switching means for switching to use the second antenna when it is determined that the second antenna is used.
[0009]
The invention according to claim 2 is an antenna device used in a mobile communication terminal, comprising a non-directional main radiating conductor having a power feeding portion, and a non-feeding conductor arranged close to the main radiating conductor; The portable communication terminal uses the loudspeaker close to the ear. In a call In the first state or using the Internet by key operation And at the time of signal transmission Determining means for determining whether or not the mobile communication terminal is in the first state; and determining the main radiating conductor by grounding the parasitic conductor when the determining means determines that the mobile communication terminal is in the first state. When it is determined that the antenna is directional on the opposite side of the loudspeaker built in the portable communication terminal and is in the second state, the parasitic conductor is disconnected from the ground and And a control means for causing the main radiating conductor to function as an omnidirectional antenna.
[0011]
Claims 3 The invention according to claim 1 or 2 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the determination means uses a loudspeaker that is not connected to an external earphone and is built in the mobile communication terminal. If the mobile communication terminal is in the first state, it is determined that the mobile communication terminal is in the first state.
[0012]
Claims 4 The described invention is an antenna device used in a mobile communication terminal, and includes a non-directional main radiating conductor having a power feeding unit, a parasitic conductor disposed in proximity to the main radiating conductor, and the mobile communication terminal. When the signal is transmitted, the main radiating conductor is directed to the opposite side of the loudspeaker of the loudspeaker built in the portable communication terminal by conducting with high frequency power radiated from the main radiating conductor and grounding the parasitic conductor. Switching means for functioning as a non-directional antenna by functioning as a non-directional antenna by functioning as a non-transmitting signal and becoming non-conductive when a signal is not transmitted, and disconnecting the parasitic conductor from ground. .
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an antenna device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0031]
In general, the antenna has a higher Q factor so that there is less loss, so the radiation efficiency is better. Also, since large power of 10 W to several tens of kW is used for transmission, a non-linear element such as a diode in which insertion loss or distortion is a problem is used. It was not used as part of Moreover, since the fixed station was mainly used, it was not necessary to switch the radiation pattern of the antenna.
[0032]
However, in recent years, cases and antennas seen in mobile phones and antennas have become smaller and signals have become wider, and antennas with low Q values have to be used. In addition, due to the fact that the transmission power has been reduced to 1 W or less and the characteristics of nonlinear elements have improved, there is a possibility that a high-frequency switch such as a PIN diode or MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) can be used as a part of the antenna.
[0033]
Based on these, the antenna device according to the present invention will be described by taking an antenna used for a mobile phone terminal as an example.
[0034]
(Example 1)
In this embodiment, an antenna device that switches a radiation pattern according to how a cellular phone terminal is used will be described.
[0035]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the antenna device according to this embodiment.
[0036]
In FIG. 1, an antenna device 100 is mainly composed of a signal processing / generation unit 11, an omnidirectional antenna 21, and a directional antenna 31. By selectively using the antennas 21 and 31, an antenna is provided. The radiation pattern can be switched.
[0037]
A signal transmitted from the antenna 21 is generated by the signal processing / generating unit 11, amplified by the power amplifier 23, and transmitted from the antenna 21 via the duplexer 22. A signal received by the antenna 21 is amplified by a low noise amplifier (LNA) via the duplexer 22 and input to the signal processing / generation unit 11. That is, the circuit composed of the antenna 21, the duplexer 22, the LNA 23, and the PA 24 corresponds to a conventional circuit that operates with a single antenna, and thus the antenna device 100 is oriented on the conventional circuit that operates with the single antenna 21. The antenna 31, the changeover switch 32, and the switch drive circuit 33 having the same characteristics are added to each one. A portion surrounded by a dotted line is a portion added to the conventional configuration.
[0038]
Here, in the mobile phone terminal, in the mobile phone terminal, when viewing the monitor, when using the Internet by key operation, or when waiting, the antenna device 100 is in an initial state, and in this initial state, the changeover switch 32 is set to the omnidirectional antenna 21. Connecting. The antenna device 100 is placed in the vicinity of the operator when a call is received (when a call is received) or when a call is made (when a call is made) at the mobile phone terminal. Recognize that you are in a call. When the telephone line is disconnected, it is recognized that the initial state has been restored.
[0039]
Further, the loudspeaker 12 is installed on the surface of the mobile phone terminal facing the operator so that the mobile phone terminal is positioned in the vicinity of the operator's ear in a call state where the mobile phone terminal is placed in the vicinity of the operator.
[0040]
When the antenna device 100 recognizes that the mobile phone terminal is in a call state from the initial state by receiving or making a call, the signal processing / generating unit 11 changes the directivity from the non-directional antenna 21. A switching signal for switching the connection to the antenna 31 is generated. This switch signal is amplified by the switch drive circuit 33 and input to the switch 32, whereby the switch 32 switches the connection from the antenna 21 to the antenna 31.
[0041]
In addition, when the antenna device 100 recognizes that the mobile phone terminal is disconnected from the telephone line and has returned from the call state to the initial state, the signal processing / generation unit 11 changes from the directional antenna 31 to the omnidirectional antenna 21. When the switching signal is amplified by the switch drive circuit 33 and input to the changeover switch 32, the changeover switch 32 switches the connection from the antenna 31 to the antenna 21. The antenna device 100 returns to the initial state.
[0042]
Therefore, when the mobile phone terminal is used in a place relatively away from the operator, transmission / reception is performed by the omnidirectional antenna 21, and the mobile phone terminal is used in the vicinity of the operator (when in a call state). ) Can be transmitted and received by the antenna 31 having a directional pattern on the side of the operator without an obstacle.
[0043]
In addition, since there are two antennas, either the antenna 21 or the antenna 31 is selected by the changeover switch 32 according to the use state at the time of transmission, and diversity reception is performed by the antenna 21 and the antenna 31 at the time of reception. You can also. This circuit configuration can be easily realized by adding one transmission / reception selector switch and one LNA to FIG. 1 (not shown).
[0044]
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the antenna device of this embodiment.
[0045]
In FIG. 2, the antenna device 100 mainly includes a signal processing / generation unit 11, an omnidirectional antenna 21, and an additional conductor 41, and the radiation pattern of the antenna 21 is switched by switching between grounding / non-grounding of the additional conductor 41. Can be switched.
[0046]
The circuit composed of the antenna 21, the duplexer 22, the LNA 23, and the PA 24 corresponds to a conventional circuit that operates with a single antenna, like the antenna device shown in FIG. The additional conductor 41, the changeover switch 42, and the switch drive circuit 43 are each added to the conventional circuit that operates at 1. A portion surrounded by a dotted line is a portion added to the conventional configuration. One terminal of the changeover switch 42 is grounded, which means that the board on which the circuit of the antenna device 100 is mounted is regarded as a ground plane and is grounded.
[0047]
The additional conductor 41 is a parasitic conductor and is designed so that two desired radiation patterns can be obtained by the changeover switch 42 when operated in combination with the antenna 21. That is, the additional conductor 41 is used for expanding the area of the waveguide, the reflector, the RF shield plate, or the ground plane.
[0048]
The changeover switch 42 is used for switching between grounding / non-grounding of the additional conductor 41. The changeover switch 42 can also be used to open / short circuit a part of the pattern of the additional conductor 41 or the antenna 21.
[0049]
Here, in the mobile phone terminal, the antenna device 100 is in an initial state when the monitor is viewed, when the Internet is used by key operation, or when it is in a standby state. In this initial state, the changeover switch 42 ungrounds the additional conductor 41. As described above, it does not contribute to the radiation pattern of the antenna 21. The antenna device 100 is placed in the vicinity of the operator when a call is received (when a call is received) or when a call is made (when a call is made) at the mobile phone terminal. Recognize that you are in a call. When the telephone line is disconnected, it is recognized that the initial state has been restored.
[0050]
Similarly to the antenna device shown in FIG. 1, the loudspeaker 12 operates the cellular phone terminal so that the cellular phone terminal is positioned in the vicinity of the operator's ear in a call state where the cellular phone terminal is in the vicinity of the operator. It is installed on the opposite surface of the person.
[0051]
When the antenna device 100 recognizes that the mobile phone terminal is in a call state from the initial state by receiving or making a call, the signal processing / generating unit 11 switches the additional conductor 41 from non-ground to ground. A switching signal is generated. This switch signal is amplified by the switch drive circuit 43 and input to the switch 42, and the switch 42 switches the additional conductor 41 from non-ground to ground based on the input switch signal. Thereby, the additional conductor 41 functions as a director, a reflector, an RF shield plate, and the like, and switches the radiation pattern of the antenna 21 from non-directional to directional.
[0052]
In addition, when the antenna device 100 recognizes that the mobile phone terminal is disconnected from the telephone line and has returned from the talking state to the initial state, the signal processing / generation unit 11 performs switching for switching the additional conductor 41 from ground to non-ground. When the signal is generated, and this switching signal is amplified by the switch driving circuit 43 and inputted to the switching switch 42, the switching switch 42 switches the additional conductor 41 from ground to non-ground, thereby the radiation pattern of the antenna 21. To the initial omnidirectional state.
[0053]
Therefore, when the additional conductor 41 is grounded, the additional conductor 41 is designed so that the radiation pattern of the antenna 21 has a directivity pattern on the opposite side to the operator. When the mobile phone terminal is used in a place away from the mobile phone (initial state), the additional conductor 41 is not grounded, the radiation pattern of the antenna 21 is omnidirectional, and the mobile phone terminal is in the vicinity of an operator such as a voice call. When used (in a call state), the radiation pattern of the antenna 21 can be switched to a directional pattern that radiates radio waves strongly in the direction opposite to the operator.
[0054]
In each of the antenna devices shown in FIGS. 1 and 2, an existing mechanical or electrical change-over switch can be used as the change-over switches 32 and 42. For example, a PN diode, a PIN diode, a MESFET, etc. A semiconductor switch can be used.
[0055]
FIG. 3 shows, as an example of a semiconductor switch, an equivalent circuit from several hundred MHz to several GHz when the MESFET is turned ON / OFF.
[0056]
In general, in the high frequency range from several hundred MHz to several GHz, the MESFET is set to 0. It has an ON resistance of several Ω to 1 Ω (shown in FIG. 3A), and when OFF, it has an OFF resistance of several MΩ and 0. It has a capacitance between terminals of several pF to 1 pF (shown in FIG. 3B). By the way, the Q value required for the antenna system is determined by the ratio between the required signal band and the center frequency. In mobile phones, the Q value calculated from the band ratio is generally about 5 to 50. On the other hand, the inductance component of the antenna varies from several tens of ohms to several hundreds of ohms depending on the design method. Therefore, the resistance loss of the antenna system that satisfies the desired band is approximately 1 to 500Ω. This is because the ON resistance of the PIN diode shown in FIG. This means that when a few Ω to 1Ω is mounted as part of the antenna, this means that the transmission / reception loss increases by 0.1% to 50%. . Therefore, MESFETs can be used for the changeover switches 32 and 42 without any problem.
[0057]
As a supplement to each of the above-described embodiments, it is conceivable that the operator listens while downloading voice or music when the operator takes a call attitude other than the exchange by telephone. This is in common with voice calls in that the loudspeaker 12 is used to play voice. Therefore, the signal processing / generating unit 11 recognizes the state where the external earphone 13 is not used and the built-in loudspeaker 12 is used as a call state, so that the mobile phone can be operated more accurately. Whether the user is in the vicinity of the person.
[0058]
(Example 2)
In this embodiment, an antenna device that switches the radiation pattern of an antenna between transmission and reception will be described.
[0059]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the antenna device according to this embodiment.
[0060]
FIG. 4A is a diagram showing a circuit configuration of the transmission-time conduction switch, which is a circuit that is turned on when a voltage equal to or higher than a voltage at which the cross diode is turned on (0.00 V). If the parasitic conductor connected to the conduction switch at the time of transmission is arranged in the vicinity of the feeding antenna, it is conducted by the high-frequency power at the time of signal transmission and becomes non-conducting because it is weak power at the time of reception. Here, the attached inductor L and capacitor C are added in order to absorb isolation as part of the parallel resonance circuit and improve isolation when the presence of the capacitance when the diode is OFF is not desirable in operation. .
[0061]
FIG. 4B shows a change-over switch 42 with a control line (switch drive circuit 43) in the antenna apparatus shown in FIG. 2 at the time of transmission that does not require a control line using the cross diode shown in FIG. It is a figure which shows the circuit structure of the antenna apparatus at the time of replacing with conduction | electrical_connection switch 42 '.
[0062]
First, in the antenna apparatus of FIG. 4B, it is confirmed by rough approximation that the transmission conduction switch 42 ′ in the cross diode arrangement is turned on by the transmission power of the antenna 21.
[0063]
The transmission power of the mobile phone terminal is about 1 W at the maximum, and at the time of normal good transmission, at least 0.1 W, which is about 10% of the maximum transmission power, is transmitted as a radio wave. Here, the additional conductor 41 is disposed close to the antenna 21 so that a part of the electromagnetic wave from the antenna 21 is hit. For example, if 10% of the transmission power is combined, the additional conductor 41 is 0.1 W. An electric power of 10%, that is, about 0.01 W is applied to the additional conductor 41. The additional conductor 41 may be a conductor such as a wire or plate.
Now, assuming that the inductance of the additional conductor 41 is 0.1 μH, which is easy to realize, and the transmission frequency is 1 GHz, the impedance Z of the additional conductor 41 is
Z = jωL = j600Ω
It becomes.
[0064]
Further, the voltage applied to the additional conductor 41 is W = V ^ 2 / Z,
V = 2.5Vrms = 3.5Vp-p
In general, the diode is turned on when a voltage of 0.7 Vp-p is applied, so that 3.5 Vp-p is a sufficient turn-on voltage. Therefore, the cross diode is automatically turned on when transmitting the antenna.
[0065]
Next, it is confirmed that the OFF characteristic is improved by the configuration of FIG.
[0066]
When only a diode is present, the equivalent circuit at the OFF time is as shown in FIG. 3B, and it is generally known that the isolation at the OFF time is deteriorated due to the stray capacity. Typical inter-terminal capacitance is about 0.5 pF, and at 1 GHz, this impedance is
Zc = −j × 1 / (2πfC) = − j320Ω
It becomes. That is, in FIG. 4A, when there is no external inductor L and capacitor C, and there are only two diodes connected in reverse polarity, the impedance is −j320Ω.
[0067]
Therefore, in FIG. 4B, when only the additional conductor 41 and the cross diode are present, the total impedance is calculated based on the above calculations.
Ztotal = j600−j320 = −j300
It will be about.
[0068]
On the other hand, let us consider a case where an external inductor L and a capacitor C added if necessary are added to the diode. Here, for ease of adjustment, the capacitor may be a variable capacitor or may include a stray capacitor between substrates.
[0069]
When the capacitance between the terminals of the diode is 0.5 pF and the capacitance of the external capacitor C is 0.5 pF, the total capacitance is 1 pF, and the inductor L for resonating with this at 1 GHz is 25 nH. Here, as the inductor L of 25 nH, a general-purpose 1005 type (1 mm × 0.5 mm × 0.5 mm) may be used. The impedance of this parallel resonant circuit is given by QωL, where Q is about 10.
QωL = 1600Ω
It becomes. Therefore, the overall impedance of FIG.
| Ztotal '| = | j600 + 1600 | = 1700Ω
It becomes.
[0070]
Comparing the impedance Z | Ztotal | = 300Ω when turned OFF only by the cross diode and the impedance | Ztotal ′ | = 1700Ω obtained by the circuit in which the straight capacitance of the diode is canceled by the resonance circuit,
| Ztotal '/ Ztotal | = 1700/300 = 5.7
It can be seen that the impedance is at least several times higher. Further, since the values of QωL and | Ztotal ′ | are close to each other, there is an ease of design in which the OFF characteristic can be determined to a desired constant value without depending on the state of the additional conductor 41 or the straight capacitor of the diode. I understand that.
[0071]
Therefore, in the antenna device shown in FIG. 4B, the cross diode of the transmission conduction switch 42 ′ is automatically turned on by the transmission power of the antenna 21 at the time of transmission, and the additional conductor 41 is grounded. The radiation pattern of the directional antenna 21 is switched to a directional pattern that radiates radio waves strongly on the opposite side of the additional conductor 41. That is, by providing the additional conductor 41 on the operator side from the antenna 21, an antenna device having omnidirectionality at the time of reception and directivity in the direction opposite to the operator at the time of transmission can be configured.
[0072]
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the antenna device of this embodiment.
[0073]
The reception-time conduction switch shown in FIG. 5A is an effective circuit when the inductor L or the capacitor C is part of the antenna configuration. In this reception operation switch, the semiconductor becomes conductive by the high frequency power at the time of transmission, and the entire circuit of FIG. 5A becomes a parallel resonance circuit and is turned OFF. On the other hand, in the weak power at the time of reception, a current flows to the capacitor C side and turns on.
[0074]
FIG. 5B shows an example of the conductive reflector of this embodiment, and is an example in which the reception conduction switch of FIG.
[0075]
By the way, as is well known in the Yagi antenna, a conductor that is slightly longer than the feeding conductor operates as a reflector, and when it is short, it operates as a waveguide.
[0076]
In FIG. 5B, since the capacitor C arranged in parallel with the inductor L constitutes a parallel resonant circuit in high frequency power, the conductive reflector 50 shown in FIG. 5B is as shown in FIG. 5C. When used in combination with a feeding antenna, it operates as a short conductor that does not include the inductor L when transmitting a signal, that is, as a waveguide, and as a long conductor that includes the inductor L when receiving, that is, as a reflector. That is, by adding a high-frequency switch without a control line to the parasitic element, when this parasitic element is used in combination with a feeding antenna, different radiation patterns can be obtained at the time of transmission and reception.
[0077]
In FIG. 5B, the conductive reflector 50 includes a linear conductor 51, a load inductor 52 electrically connected to both ends of the linear conductor, a cross-arranged diode 53, and a capacitor 54. As shown in FIG. 5C, it is arranged in the vicinity of the linear conductor 60 having the power feeding portion 61.
[0078]
The linear conductor 60 operates as a dipole antenna when the central portion thereof is fed. The radiation pattern of this dipole antenna is circular omnidirectional. However, when the cross reflector 53 is turned on and off by the transmission / reception power of the linear conductor 60 with the conductive reflector 50 disposed close to the dipole antenna, the radiation pattern is directed to the radiation pattern. Can have sex.
[0079]
With the weak power at the time of reception, the diode 53 is not turned on, and the effective length of the conductive reflector 50 is a length including the linear conductor 51 and the load inductor 52 connected to both ends thereof. On the other hand, at the time of transmission, the diode 53 is turned on by transmission power, the load inductor 52 and the capacitor 54 constitute a parallel resonance circuit, and the effective length of the conductive reflector 50 is the length of only the linear conductor 51.
[0080]
Accordingly, the effective length of the conductive reflector 50 changes depending on transmission and reception, and the length that functions as a director, the length that functions as a reflector, Of the three patterns having a length that does not function as a waver or a reflector, any two patterns can be used.
[0081]
Here, switching of the radiation pattern of the antenna device of FIG. 5C will be described with a specific example.
[0082]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a radiation pattern in the antenna configuration of FIG. 5C, and represents a vertically polarized wave in a horizontal plane when the main radiation conductor 60 is erected perpendicular to the paper surface.
[0083]
The constants used were a frequency of 1500 MHz, a length of 9.638 cm of the main radiating conductor 60, a length of 9.148 of the conductive reflector 50, a distance of 3.64 between the main radiating conductor 60 and the conductive reflector 50, and the inductor L was 2 nH each. , Capacitors C are each 5.6 pF.
[0084]
In FIG. 6, the dotted radiation pattern is a radiation pattern when the diode 53 of the conductive reflector 50 is ON, and the central circular radiation pattern is a radiation pattern of only a dipole antenna (main radiation conductor 60), a central gourd type. This radiation pattern is a radiation pattern when the diode 53 of the conductive reflector 50 is OFF.
[0085]
By the way, the conductive reflector 50 does not resonate at a desired frequency only by changing its length by several percent. For example, when the length of the conductive reflector 50 is shortened from 9.148 cm to 7.148 cm, in the antenna configuration of FIG. 5C, the radiation pattern when the diode is ON is the central circular radiation pattern of FIG. The radiation pattern is the same as that of the antenna (main radiation conductor 60) alone. Therefore, by adjusting the values of the load inductor 52 and the capacitor 54 so that the conductive reflector 50 operates as a director or a reflector when the diode 53 is OFF, an omnidirectional circular radiation pattern is generated when the diode is ON. As a result, when the diode is turned off, a radiation pattern of a dotted line or a solid line gourd having directivity is obtained.
[0086]
Therefore, any two radiation patterns of the three radiation patterns shown in FIG. 6 can be switched and used by appropriately adjusting the execution length of the conductive reflector 50.
[0087]
In the above embodiment, the cross diode 53 without the control line is used. However, the same effect can be obtained by using a PIN diode with a control line for ON / OFF instead of the cross diode 53. Can do.
[0088]
Note that the switching of the radiation pattern by the self-ON / OFF function of the cross diode described so far cannot be realized unless the transmission time and the reception time are different. Therefore, this is effective in a system that performs transmission and reception at different times, such as the TDMA system and the TDD system. On the other hand, when a control line is connected to a high-frequency switch such as a PIN diode and the PIN diode is turned ON / OFF by a bias voltage, a method of performing transmission and reception at the same time, and a method of performing transmission and reception in time division The antenna can be used for both.
[0089]
FIG. 7 is a configuration example simulating the casing of the mobile phone terminal according to the present invention.
[0090]
FIG. 7A is a front view of the resin casing of the mobile phone terminal. Only the front surface excluding the liquid crystal panel and the key operation unit is covered with the copper foil 71, and a gap 71 g is formed on the center line of the copper foil 71. Is provided. A loudspeaker 12 is provided on the upper part of the liquid crystal panel.
[0091]
FIG. 7B is a side view of the resin casing of the mobile phone terminal shown in FIG. 7A. A built-in inverted F antenna 72 is placed on the left side of the resin casing, and a conductor 73 serving as a ground plane in the center. On the right side, the above-mentioned copper foil 71 and the loudspeaker 12 are arranged above it. The copper foil 71 and the conductor 73 serving as the ground plane are connected by a PIN diode, and a PIN diode control signal is sent through inductors at both ends of the PIN diode.
[0092]
FIG. 7C is a rear view of the resin casing of the mobile phone terminal shown in FIG. 7A. The switch 74 including the PIN diode and the inductor is arranged on the upper left, and the casing copper foil 71 and the ground plane are arranged. 73 is electrically connected by a switch 74. A built-in reverse antenna is placed in the upper right.
[0093]
When the casing copper foil 71 and the ground plane 73 are in a conductive state, the radiation pattern has a directivity that radiates to the built-in inverted F antenna 72 side, that is, the side opposite to the installation surface of the loudspeaker 12 via the ground plane 73. (FIG. 8 (a)). On the other hand, when the casing copper foil 71 and the ground plane 73 are in an out-of-door state, the radiation pattern is a radiation pattern having no directivity that radiates to both sides of the built-in antenna 72 and the casing copper foil 71 via the ground plane 73. (FIG. 8B).
[0094]
A foldable (clamshell type) mobile phone terminal in which a display-side main body having a display unit such as a liquid crystal screen and an operation button-side main body having an operation button such as a numeric keypad are foldably connected. By applying the antenna device described in each of the embodiments and using an existing switch for opening / closing identification that is generally used to detect the opening / closing of the mobile phone terminal, The radiation pattern can be switched.
[0095]
For example, a non-directional radiation pattern is used when folded when waiting for an incoming call or when moving, and directivity when the display-side main unit and operation button-side main unit are opened during a call or when viewing a monitor. A radiation pattern with This makes it possible to receive a non-directional radiation pattern that can be received from any direction when folding is likely to be in a pocket, bag, etc., and the reception direction is limited when talking or viewing the monitor, but the directivity with high reception sensitivity Effective transmission / reception is possible, for example, by using a radiation pattern with a certain level.
[0096]
Furthermore, the same effect can be obtained not only for small portable devices such as mobile phone terminals and PDAs but also for mobile communication devices such as notebook personal computers capable of hand carriers. In other words, it can be received from all directions during hand carrier by using a non-directional radiation pattern in the folded state, and it is efficient because there are obstacles such as knees or steel desks when the main LCD screen is opened. A radiation pattern with directivity that does not radiate to the bottom side where no significant radiation can be expected.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the signal processing / generation unit 11 determines whether or not the mobile phone terminal is in the vicinity of the operator based on the usage status of the loudspeaker 12 and the earphone 13. When it is determined that the telephone terminal is in the vicinity of the operator, the antenna 31 having directivity is used on the side opposite to the operator, and when it is determined that the telephone terminal is located away from the operator, the omnidirectional antenna is used. 21 is used to transmit and receive signals, so that efficient transmission and reception is possible.
[0098]
Further, the signal processing / generation unit 11 determines whether or not the mobile phone terminal is in the vicinity of the operator based on the usage status of the loudspeaker 12 and the earphone 13, and if the mobile phone terminal is in the vicinity of the operator. If it is determined, the additional conductor 41 is ungrounded and the radiation pattern of the antenna 21 is omnidirectional. If it is determined that the additional conductor 41 is away from the operator, the additional conductor 41 is grounded and the radiation pattern of the antenna 21 is determined. Since a pattern having directivity on the side without an obstacle as an operator is used, efficient transmission / reception becomes possible.
[0099]
In addition, by grounding the additional conductor 41 via a cross diode, the grounding / non-grounding of the additional conductor 41 is automatically switched according to the transmission / reception power of the antenna 21 and the radiation of the antenna 21 is transmitted and received. It is possible to perform efficient transmission / reception by switching patterns.
[0100]
Further, by using a conductive reflector 50 whose execution length varies depending on transmission / reception power and appropriately adjusting the execution length, the length that functions as a director, the length that functions as a reflector, or the waveguide Any two of the three patterns that do not function as a reflector or reflector can be switched and used, and the radiation pattern of the antenna 21 can be switched between transmission and reception for efficient transmission and reception. Can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an antenna apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an antenna apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit at several hundred MHz to several GHz when MESFET is turned on / off.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an antenna apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an antenna apparatus according to the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a radiation pattern in the antenna configuration of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a mobile phone terminal according to the present invention.
8 is a diagram showing an example of a radiation pattern of the mobile phone terminal of FIG.
[Explanation of symbols]
11 Signal processing / generation unit
12 Loudspeakers
13 Earphone
21 Antenna
22 Duplexer
23 Power Amplifier
31 Antenna
32 selector switch
33 Switch drive circuit
41 Additional conductors
42 selector switch
42 'Transmission switch
43 Switch drive circuit
50 Conductor reflector
51 Linear conductor
52 Load inductor
53 Cross diode
54 capacitors
60 linear conductor
61 Power supply unit
71 Copper foil
71g gap
72 Built-in antenna
73 Ground Plane
74 switches

Claims (4)

携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、
前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有する第1のアンテナと、
無指向性の第2のアンテナと、
前記携帯通信端末が前記拡声器を耳に近付けて使用する通話状態にある第1の状態にあるかキー操作によるインターネット使用中であり、かつ信号送信時である第2の状態にあるかを判別する判別手段と、
前記判別手段により前記携帯通信端末が第1の状態にあると判別された場合は、前記第1のアンテナを使用し、前記第2の状態にあると判別された場合は前記第2のアンテナを使用するように切り換える切換手段と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device used in a mobile communication terminal,
A first antenna having directivity on the opposite side to the loudspeaker direction of the loudspeaker built in the mobile communication terminal;
A non-directional second antenna;
Determining whether the portable communication terminal is in a first state in which the loudspeaker is used close to an ear or in a second state in which the Internet is used by key operation and a signal is transmitted Discriminating means to perform,
When it is determined that the mobile communication terminal is in the first state by the determining means, the first antenna is used, and when it is determined that the mobile communication terminal is in the second state, the second antenna is An antenna device comprising: switching means for switching to use.
携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、
給電部を有する無指向性の主放射導体と、
前記主放射導体に近接して配置される無給電導体と、
前記携帯通信端末が前記拡声器を耳に近付けて使用する通話状態にある第1の状態にあるかキー操作によるインターネット使用中であり、かつ信号送信時である第2の状態にあるかを判別する判別手段と、
前記判別手段により前記携帯通信端末が前記第1の状態であると判別された場合は、前記無給電導体を接地して前記主放射導体を前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有するアンテナとして機能させ、前記第2の状態であると判別された場合は、前記無給電導体を接地から切り離して前記主放射導体を無指向性のアンテナとして機能させる制御手段と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device used in a mobile communication terminal,
A non-directional main radiating conductor having a power feeding part;
A parasitic conductor disposed in proximity to the main radiating conductor;
Determining whether the portable communication terminal is in a first state in which the loudspeaker is used close to an ear or in a second state in which the Internet is used by key operation and a signal is transmitted Discriminating means to perform,
When the determination means determines that the mobile communication terminal is in the first state, the parasitic conductor is grounded and the main radiating conductor is connected to a loudspeaker direction of a loudspeaker built in the mobile communication terminal. Control means for functioning as an antenna having directivity on the opposite side and causing the main radiating conductor to function as an omnidirectional antenna by separating the parasitic conductor from ground when it is determined that the second state is established An antenna device comprising:
前記判別手段は、
前記携帯通信端末に外付けイヤホンが接続されておらずかつ該携帯通信端末に内蔵される拡声器が使用されている場合に該携帯通信端末が前記第1の状態にあると判別する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
The discrimination means includes
The mobile communication terminal is determined to be in the first state when no external earphone is connected to the mobile communication terminal and a loudspeaker built in the mobile communication terminal is used. The antenna device according to claim 1 or 2.
携帯通信端末で用いられるアンテナ装置であって、
給電部を有する無指向性の主放射導体と、
前記主放射導体に近接して配置される無給電導体と、
前記携帯通信端末の信号送信時に前記主放射導体から放射される高周波電力により導通して前記無給電導体を接地することにより前記主放射導体を前記携帯通信端末に内蔵される拡声器の拡声方向と反対側に指向性を有するアンテナとして機能させ、信号の非送信時に非導通となり前記無給電導体を接地から切り離すことにより前記主放射導体を無指向性のアンテナとして機能させる切換手段と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
An antenna device used in a mobile communication terminal,
A non-directional main radiating conductor having a power feeding part;
A parasitic conductor disposed in proximity to the main radiating conductor;
A loudspeaker direction of a loudspeaker incorporated in the portable communication terminal by conducting the high-frequency power radiated from the main radiating conductor during signal transmission of the portable communication terminal and grounding the parasitic conductor. Switching means that functions as an antenna having directivity on the opposite side and becomes non-conductive when no signal is transmitted, and causes the main radiation conductor to function as a non-directional antenna by disconnecting the parasitic conductor from ground. An antenna device characterized by the above.
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