JP4538651B2 - 無線通信機器 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、薄板状のスロットアンテナを、金属製のステーを介して表示パネルの金属製額縁にネジ取り付ける構造が開示されている。特許文献1のスロットアンテナは、外形形状が矩形でその中央部にスロットが形成されて略ロ字状をなしており、互いに所定間隔を隔てた送受信部およびグランド部と、これら送受信部とグランド部をその両端で接続する接続部とから形成される。
特許文献1のスロットアンテナは、全体が比較的小さい小片であり、したがってアンテナのグランド部の面積も非常に小さく、アンテナとしての十分な性能が得られない。
また、スロットアンテナ単体で所望のインピーダンスが得られるように設計・製作しても、スロットアンテナが、ステーを介して表示パネルの金属製額縁に取り付けられることでアンテナのインピーダンスが変化し、期待したアンテナ特性が得られなくなる。
しかも、スロットアンテナを、ネジで固定する構造であるため、スロットアンテナとステーとの接触状態、及びステーと表示パネルとの接触状態が変化する場合がある。つまり、ネジの緩みや取付け不良などによって、前記接触状態が不安定となって、結果としてアンテナ特性も不安定となる。
さらに、別体のスロットアンテナをネジで表示パネルに固定する構造であるため、多数のスロットアンテナを設ける場合には、組立作業が煩雑となってしまう。
そうすると、この問題を回避するために、機器に複数のアンテナを設けておき、手で塞がれていないアンテナが用いられるようにコンピュータによって切替制御することが考えられるが、この場合、アンテナが手で覆われているか否かを検出することが必要であるし、使用されるアンテナが切り替えられるようにするための制御コントローラが必要となって、非常に複雑な構成の制御システムとなる。
つまり、人体の影響によって一部のアンテナのインピーダンス特性が変化した場合に、当該アンテナへ分配される電力が小さくなり、人体の影響を受けてない残りのアンテナへ分配される電力が大きくなるように前記伝送線路の電気長を設定することで、人体の影響に対して電力分配が適応的に変化する。
(1)給電種別:並列給電、人体の影響によるインピーダンス特性の変化:増大
L:{(λ/2)×n}−(λ/8) < L < {(λ/2)×n}+(λ/8) (λ:電波の波長 n:1以上の整数)
(2)給電種別:並列給電、人体の影響によるインピーダンス特性の変化:減少
L:[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8)
(λ:電波の波長 n:0以上の整数)
(3)給電種別:直列給電、人体の影響によるインピーダンス特性の変化:減少
L:{(λ/2)×n}−(λ/8) < L < {(λ/2)×n}+(λ/8)
(λ:電波の波長 n:0以上の整数)
(4)給電種別:直列給電、人体の影響によるインピーダンス特性の変化:増大
L:[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8)
(λ:電波の波長 n:1以上の整数)
図1は、無線通信機器である移動体通信端末としてのタブレットコンピュータ1を模式的に示している。このタブレットコンピュータ1は、無線通信のためのアンテナシステムを持つものであり、正面に画面部を形成するための開口を有する筐体2と、当該開口に位置して画面表示及び/又は操作(タッチパネル方式などの操作)をおこなうための液晶ディスプレイ3とを備えている。また、筐体2内にCPU、メモリ、ハードディスク、無線通信用回路(いずれも図示せず)などが配置されている。
図2〜図5に示すように、液晶ディスプレイ3は、液晶パネル4と、その背後に配置されたバックライト5を備え、その他、液晶駆動回路基板(図示せず)を備え、さらに液晶パネル4とバックライト5は、その外縁が、導電体製(金属製)の外枠(フレーム)6によって保持されている。
保持部7は、U字状の形状を持つことで、液晶パネル4及びバックライト5の外縁を表裏両側から挟持状に保持しており、延長部8は、矩形枠状の保持部7の4辺すべてから延設して鍔状となっている。なお、延長部8は、矩形枠外枠6の1辺、2辺又は3辺のみから延設されたものであってもよい。外枠6の2辺にだけ延長部8を形成する場合、対向する2辺に延長部8を形成してもよいし、隣接する2辺に延長部を形成してもよい。
延長部8は、延出量が小さすぎると、アンテナを形成する領域が確保しにくく、延出量が大きすぎると機器が大型化するため、適切な延出量に設定するのがよく、例えば、延長部8は、保持部7から10〜30mm程度延出しているのが好ましく、20mm程度がより好ましい。
具体的には、延長部8を打ち抜き加工することによって、所望の幅・長さのスロット持つスロットアンテナ10を形成できる。スロットアンテナ10のスロットは、例えば、幅4mm、長さ60mmに形成することができる。
したがって、液晶ディスプレイ3のほぼ全体に相当する広い面積のグランド部が確保され、良好なアンテナ特性が得られる。しかも、液晶ディスプレイをグランド板として使用すれば、追加的に広いグランド板を用意する必要がないため、省スペース化、低コスト化を実現できる。
なお、各スロットアンテナ10のインピーダンスは、スロットの幅及び長さ、給電点の位置を調整することによって、適宜決定できる。給電位置は、例えば、スロット長さ方向中央位置より24mm離れた位置とすることができる。
アンテナ10は、外枠6の一部の辺にだけ設けても良い。すなわち、外枠6の1辺、2辺又は3辺のみに設けても良い。外枠6の2辺にアンテナ10を形成する場合、対向する2辺に設けても良いし、隣接する2辺に設けても良く、どの辺にアンテナを形成するかによってスロットの方向を適宜選択でき、アンテナ指向性を適宜選択できることになる。また、アンテナ10は、延長部8に形成するのが簡便であるが、可能であれば保持部7側に形成してもよい。
配線パターン14と各アンテナ10とは給電点の位置においてビアホール(スルーホール)16によって接続されている。なお、基板12は、液晶ディスプレイ3の裏側面において、全体的に配置してもよいし、部分的に配置してもよい。部分的に配置する場合、例えば、外枠6の裏側8aに設けることができる。
また、基板12は、液晶ディスプレイの裏側面ではなく、図6に示すように、延長部8の表側8bに設けても良い。図6においても、配線パターン14が伝送線路を構成するために必要であれば地導体板17を図示の位置に設けても良い。
なお、伝送線路としては、同軸ケーブルその他のケーブルを用いても良い。
各辺のアンテナ10を一群として給電する場合、ある一辺のアンテナ群は、水平偏波用として用いることができ、当該一辺と直交する他の辺のアンテナ群は、垂直偏波用として用いることができる。
ただし、図8の場合、給電条件によっては、斜め45°の直線偏波をつくることが可能である。これを利用して、図9のように、液晶ディスプレイ3(導電体板)の左右両側にそれぞれアンテナ群A,B設けると、±45°の偏波が得られ、アンテナ群A,Bをダイバーシチ方式で切り替え使用することができる。
なお、アンテナ100を延長部8から切り起こした場合、延長部8に穴110が残るため、必要に応じてこの穴110を塞ぐための板体111を延長部8に取り付けても良い。
また、延長部8を切り起こす場合、アンテナ100の形状は、図12に示すようなものであってもよい。必要に応じてリアクタンス素子を装荷することにより共振あるいは整合を得ることができる。
また、ここで採用できるアンテナの種類としては、自己補対アンテナ、ループアンテナなどがあり、アンテナの種類は特に限定されるものではない。
これに対し、図13のように、複数のアンテナ10に対して電力が分配されるアンテナシステムでは、アンテナ10に接続される伝送線路(第2伝送線路22)の長さ(電気長)を適切に設定することにより、一部のアンテナ10が手で覆われても、各アンテナ10間の電力の分配を、人体の影響に対して自然と適応的に変化させることができる。
まず、基本的な考え方として、人体の影響を受けているアンテナ10には電力の分配が少なくなり、人体の影響を受けていないアンテナ10に電力の分配が大きくなるようにすれば、電力の分配は最適化される。
また、インピーダンスZi(図13においてiは1〜4)のアンテナ10に、長さLの伝送線路22を接続した場合、伝送線路22の分岐側始点a1,a2,a3,a4から各アンテナ10側にみた入力インピーダンスZLは、長さLによって変化する。
このための条件を図14のスミスチャートを用いて説明する。
例えば、伝送線路22の長さLがλ/4であれば、入力インピーダンスZLは、100Ωの位置から上記円Cを180°まわって25Ωとなる。また、伝送線路22の長さLがλ/2であれば、円Cを360°まわって元の100Ωの位置となる。
すなわち、伝送線路22の長さLが、λ/2の整数倍((λ/2)n)であれば、入力インピーダンスZLを最も大きくできるZmaxの位置となり、逆に、λ/2の整数倍にλ/4を加えた長さ((λ/2)n+λ/4)である場合には、入力インピーダンスZLが最も小さくなるZminの位置となる。
また、伝送線路22の長さLが、λ/2の整数倍((λ/2)n)から±λ/8以上ずれると、入力インピーダンスZLは100Ωの位置から上記円Cを90°以上まわって50Ω以下となり、人体の影響によって入力インピーダンスZLが増大するという効果が失われる。
好ましくは、長さLは、{(λ/2)×n}−(λ/16) < L < {(λ/2)×n}+(λ/16)であり、この条件の範囲内であれば、人体の影響による入力インピーダンスZLの増大をより大きくして電力の分配を一層最適化することができる。
特に、図1のようなタブレットコンピュータ1のように手持ち型の機器の場合、図2〜図3の位置にアンテナ10を設けると、機器使用時には、いずれかの位置にあるアンテナ10は手で覆われることになる一方、手で覆われないアンテナ10も存在することになるため、手で覆われていないアンテナ10に電力が自然に多く分配されるアンテナシステムは、その実用上非常に有利である。
ただし、伝送線路22の長さLがλ/4であれば、入力インピーダンスZLは、25Ωの位置から上記円Cを180°まわって100Ωとなる。また、伝送線路22の長さLがλ/2であれば、円Cを360°まわって元の25Ωの位置となる。
したがって、並列給電において、人の手の影響によってアンテナ10のインピーダンスZiが減少する場合の、当該アンテナ10へ分配される電力が自動的に低減されるための伝送路22の長さLの条件は、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8)(λ:電波の波長 n:0以上の整数)となる。
好ましくは、長さLは、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/16) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/16)であり、この条件の範囲内であれば、人体の影響による入力インピーダンスZLの増大をより大きくして電力の分配を一層最適化することができる。
このように、アンテナ10のインピーダンスが増大するか減少するかは、選択したアンテナ及びその給電方法によって決定される。
したがって、並列給電の場合とは条件が逆になり、人体の影響によってインピーダンス特性が増大するアンテナ10の場合には、入力インピーダンスZLが小さくなるように、伝送線路32の長さLは、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8)(λ:電波の波長 n:0以上の整数)となり、好ましくは、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/16) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/16)である。
また、人体の影響によってインピーダンス特性が減少するアンテナ10の場合には、入力インピーダンスZLが小さくなるように、伝送線路32の長さLは{(λ/2)×n}−(λ/8) < L < {(λ/2)×n}+(λ/8)(λ:電波の波長 n:1以上の整数)となり、好ましくは、{(λ/2)×n}−(λ/16) < L < {(λ/2)×n}+(λ/16)である。
また、ここで開示した人体の影響に対して適応的に電力を分配するためのアンテナシステムは、アンテナの具体的な形状・構造・配置等に限定されることなく、複数のアンテナに電力が分配されるものであれば適用可能である。
地上波デジタル放送が開始され、近い将来には1セグメントによる携帯端末向けの放送が開始される可能性がある。しかし、地上波デジタル放送に用いられるUHF帯(470MHz〜770MHz)では、携帯電話で使用される周波数帯(900MHz、1.5GHz)よりも波長が長いため、従来の携帯電話が有しているアンテナでは十分な性能が確保できない。そのため携帯電話端末向けのアンテナの開発が急務となっている。
図16及び図17は、携帯電話としての通話及び地上波デジタル放送の受信に適した携帯電話用アンテナの第1例を示している。図16に示す携帯電話200は、液晶ディスプレイ201aによる画面部を有する第1本体201と、操作ボタン等を有する第2本体202と、第2本体202から延びる携帯電話通信用のアンテナ(モノポールアンテナ)203と、を有している。この携帯電話200は、第1本体201と第2本体202とがヒンジ部204を介して折り畳み・展開自在に連結されたものである。すなわち、第1本体01と第2本体202とが可動的に連結されたものである。
第1エレメント#1は、第1本体201に対応しており、第1本体201の液晶ディスプレイ201a(実質的な導電体とみなせる)、第1本体201を構成する筐体、又は第1本体201の筐体に内蔵された回路基板(実質的な導電体とみなせる)のいずれか又はこれらの組み合わせを第1エレメント#1とすることができる。
第2エレメント#2は、第2本体202に対応しており、第2本体202の筐体、又は第2本体202の筐体に内蔵された回路基板(実質的な導電体とみなせる)のいずれか又はこれらの組み合わせを第2エレメント#2とすることができる。
また、第3エレメント#3は、携帯電話通信用アンテナ203に対応している。
すなわち、第1エレメント#1及び第2エレメント#2の組み合わせは、第1ダイポールアンテナ211として機能し、第2エレメント#2及び第3エレメントの組み合わせは、第2ダイポールアンテナ212として機能し得るように携帯電話200は構成されている。
具体的には、図18(a)に示すように第1エレメント#と第2エレメント#2との間に第1給電点221を設け、さらに、第2エレメント#2と第3エレメントとの間に第2給電点222を設けて、2つのダイポールアンテナ211,212が構成されている。
例えば、第1アンテナ211を使用する場合には、切替制御部230によって第1スイッチ部SW1がON、第2スイッチ部SW2がOFFとされる。また、第2アンテナ212を使用する場合には、切替制御部230によって第2スイッチ部SW2がOFF、第2スイッチ部SW2がONとされる。
これらのスイッチ部SW1,SW2は、図18(b)に示すように、アンテナ211,212がONとなっていないときに、アンテナが開放されるのではなく、リアクタンスが接続される形式のものであってもよい。図18(b)のスイッチ部SW1,SW2を用いると、アンテナの放射指向性やインピーダンスを制御可能となる。
各アンテナ211,212によって受信された信号電力は、図示しない受信機(地上波デジタル放送用受信機)に導かれる。各アンテナからの受信信号は、ともに受信機に導いてもよいし、高周波スイッチを用いて、いずれか一方を選択してもよい。この選択のための制御信号は、切替制御部230から取り出される。
したがって、周波数に応じて第1アンテナ211と第2アンテナ212を切替使用することで、地上波デジタル放送に用いられるUHF帯(470MHz〜770MHz)をカバーできる。また、UHF帯(470MHz〜770MHz)のほとんどをVSWR<2でカバーできることも確認された。
このように、3以上のエレメント#1,#2,#3を組み合わせて2以上のダイポールアンテナ211,212を構成して、これらのダイポールアンテナ211,212を周波数に応じて切り替えて使用することにより、幅広い周波数帯域に対応することが可能となる。
この場合も、切替制御部230を用いて、各エレメントを切り替えるように制御することが可能である。この切替制御の際には、周波数の情報を用いるだけではなく、受信電波の強度、信号対雑音比(S/N)などを用いて、複数のブランチのアンテナを切り替えて、より有効なアンテナを選択するアルゴリズムを用いることができる。このようなアルゴリズムとしては、スイッチイグザミンなどの様々なアルゴリズムを利用することができる。
また、無線通信方式において、時分割処理を行っている場合には、所望信号電波の受信に影響の少ないタイミングでアンテナ切り替えをおこなうのが有効である。さらに、受信機を複数用いる場合であれば、各ブランチの出力を各受信機に導いてもよい。ここでのポイントの一つは、無線機筐体と第三の素子から複数のアンテナブランチを構成するということである。
第2例では、最大4つのダイポールアンテナを構成できる。
すなわち、第1エレメント#1と第2エレメント#2との間に第1給電点241を有して、両エレメント#1,#2によって第1ダイポールアンテナ251が構成できる。
また、第1エレメント#1と第3エレメント#3との間に第2給電点242を有して、両エレメント#1,#3によって第2ダイポールアンテナ252が構成できる。
さらに、第1エレメント#1と第4エレメント#4との間に第3給電点243を有して、両エレメント#1,#4によって第3ダイポールアンテナ253が構成できる。
さらにまた、第3エレメント#3と第4エレメント#4との間に第4給電点(図示省略)を有して、両エレメント#3,#4によって第4ダイポールアンテナ254が構成できる。
また、第3エレメント#3及び第4エレメント#4のように水平方向に延びるエレメントを持つアンテナは、比較的波長の長い地上波デジタル放送の受信に好適である。
なお、図19においては、第2エレメント#2を設けない(第2本体202をアンテナ用のエレメントとして使用しない)ことも可能であり、すべてのエレメントを使用する必要はない。
第1エレメント#1の上部両端からは、両側方(水平方向;第1エレメント#1の長手方向と直交する方向)に延びる第2エレメント#2及び第3エレメント#3が設けられており、これら3つのエレメント#1,#2,#3を用いて、第1例及び第2例と同様に、2つ又は3つのダイポールアンテナを構成して、各アンテナを切替使用することができる。ここでの第2エレメント#2及び第3エレメント#3のように水平方向に延びるエレメントを持つ場合、水平偏波用に好適である。
また、両アンテナ261,262の回動自由端261a,262aは、本体260に設けられた係合片266に係合するための係合部とされており、各係合部261a,262aが係合片266に係合することにより、アンテナ261,262が本体260の左右両側に折り畳まれた状態を維持することができる。
係合片266は、本体260内で、本体260の長手方向にスライド自在に設けられており、さらに本体260との間に設けられたバネ267によって係合部261a,262bと係合する位置に付勢して位置決めされている。
本体260には、前記係合片266をバネ267の付勢力に抗して移動させて、係合部261a,262aとの係合を解除するための操作部268が設けられており、この操作部268を図23の矢印の方向に押すことで、係合片266と係合部261a,262aの係合が解除され、アンテナ261,262がバネ264によって展開状態になるまで回動する。
なお、上記構造において、アンテナ261,263はいずれか一方だけ備わっていてもよい。
また、上記構造は、第1例、その他アンテナの展開が必要な機器の構造として採用可能である。
第1エレメント#1の上部両端からは、上方向(垂直方向;第1エレメント#1の長手方向と平行な方向)に延びる第2エレメント#2及び第3エレメント#3が設けられている。これら3つのエレメント#1,#2,#3を用いて、第1例及び第2例と同様に、2つ又は3つのダイポールアンテナを構成して、各アンテナを切替使用することができる。ここでの第2エレメント#2及び第3エレメント#3のように垂直方向に延びるエレメントを持つ場合、垂直偏波用に好適である。
なお、これらのエレメント#1,#2,#3は、図18に示す回路と同様の回路を用いて使用される。また、図25の225,226が給電点となる。
なお、これらのエレメント#1,#2,#3も、図18に示す回路と同様の回路を用いて使用される。また、図26の225,226が給電点となる。
2 筐体
3 液晶ディスプレイ
6 外枠
7 保持部
8 延長部
10 スロットアンテナ
21 第1伝送線路
22 第2伝送線路
Claims (5)
- アンテナシステムを有する無線通信機器であって、
前記アンテナシステムは、複数のアンテナに対して、各アンテナに接続された伝送線路を介して電力が分配されるように構成され、
人体の影響によって一部のアンテナのインピーダンス特性が変化した場合に、当該アンテナへ分配される電力が小さくなり、人体の影響を受けてない残りのアンテナへ分配される電力が大きくなるように前記伝送線路の電気長が設定されていることを特徴とする無線通信機器。 - 前記複数のアンテナは、並列給電されるように接続され、
前記アンテナとしては、人体の影響によってインピーダンス特性が増大するものが用いられ、
前記伝送線路の電気長Lは、{(λ/2)×n}−(λ/8) < L < {(λ/2)×n}+(λ/8) (λ:電波の波長 n:1以上の整数)であることを特徴とする請求項1記載の無線通信機器。 - 前記複数のアンテナは、並列給電するように接続され、
前記アンテナとしては、人体の影響によってインピーダンス特性が減少するものが用いられ、
前記伝送線路の電気長Lは、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8) (λ:電波の波長 n:0以上の整数)であることを特徴とする請求項1記載の無線通信機器。 - 前記複数のアンテナは、直列給電されるように接続され、
前記アンテナとしては、人体の影響によってインピーダンス特性が減少するものが用いられ、
前記伝送線路の電気長Lは、{(λ/2)×n}−(λ/8) < L < {(λ/2)×n}+(λ/8)(λ:電波の波長 n:0以上の整数)であることを特徴とする請求項1記載の無線通信機器。 - 前記複数のアンテナは、直列給電するように接続され、
前記アンテナとしては、人体の影響によってインピーダンス特性が増大するものが用いられ、
前記伝送線路の電気長Lは、[{(λ/2)×n}+λ/4]−(λ/8) < L < [{(λ/2)×n}+λ/4]+(λ/8) (λ:電波の波長 n:1以上の整数)であることを特徴とする請求項1記載の無線通信機器。
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