JP4754507B2 - 携帯端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＰＨＳや携帯電話機として使用される携帯端末装置に関するものである。

例えばＰＨＳや携帯電話機として使用される携帯端末装置は、一般に、データを無線通信により送受信するためのアンテナ素子と、前記アンテナ素子を介してデータを送受信する送受信回路と、入力データや送受信信号等をデジタル処理する制御回路とを備えた構成となっている。

これらの携帯端末装置において、アンテナ素子は装置筐体上の定位置に固定装備されているため、例えば、音声通話等の送受信処理時に、装置筐体の握り方による人体の影響や基地局に対するユーザの立ち位置が変わって、基地局に対するアンテナ素子の向きが変わると、アンテナ素子の受信感度が変動し、安定した通話品質の維持が難しくなる。

そこで、装置筐体上に２つのアンテナ素子を分散装備しておいて、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置が変わることによってそれまで使用していたアンテナ素子の受信感度が悪化するとき、使用するアンテナ素子を他方のアンテナ素子に切り替えることで、受信感度を維持するようにした端末装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２２３１８５号公報

ところが、近年のＰＨＳや携帯電話機は、メール等のデータ通信機能が装備されたり、インターネットに接続してウェブを閲覧する機能や、各種のアプリケーションソフトによるデータ加工処理機能が装備されるなど、多機能化が進んでいる。そして、多機能化に伴って装置筐体内に搭載されるデジタル回路が増え、デジタル回路の発生するノイズが近接するアンテナ素子に影響を及ぼすため、上記のように２つのアンテナ素子を分散装備していても、実際上では使用するアンテナ素子を切り替えても良好な受信感度を確保することが難しい場合が生じた。

また、上記のように、２つのアンテナ素子を分散装備した端末装置では、同種の端末装置同士が接近した状態で使用されているとき、それぞれの端末装置が同一のアンテナ素子を選択しているために干渉を起こして受信感度の低下が発生する事態が考えられるが、そのような場合に、例えば干渉を回避するために一方の端末装置で使用しているアンテナ素子の切り替えを実施すると、切り替えたアンテナ素子に対しては、基地局に対するアンテナの向きの影響等で受信感度の向上が望めない場合がある。また、同種の端末装置同士が接近した状態で使用されるような状況下では、干渉を回避して受信感度の良好なアンテナ素子を選択することが難しいという問題が生じた。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置の変化に対応して、受信感度の優れたアンテナ素子に切り替えたり、デジタル回路の発生するノイズの影響の少ないアンテナ素子に切り替えることで、受信感度を維持することができ、また、同種の携帯端末装置同士が接近した状態で使用されるような状況下でも、それぞれの携帯端末装置が異なるアンテナ素子を選択することで、互いに干渉を回避すると同時に、受信感度の低下を抑えて、安定した通信品質を維持することができる携帯端末装置を提供することである。

（１）本発明の上記課題の解決は、装置筐体と、データを無線通信により送受信するためのアンテナ素子と、前記アンテナ素子を介してデータを送受信する送受信回路と、入力データや送受信信号等をデジタル処理する制御回路と、を備えた携帯端末装置において、
前記装置筐体の傾斜角度を検出する角度センサと、
指向性を相異させた少なくとも３個以上のアンテナ素子を、前記装置筐体内に分散配置すると共に、
送受信処理時に、装備されている各アンテナ素子の内から、前記角度センサの出力に基づきアンテナ素子の選択候補を絞ると共に、受信感度の一定以上の優れたアンテナ素子を選択使用するアンテナ切替機能と、を備えたことを特徴とする携帯端末装置により達成される。

上記構成によれば、装置筐体内に分散配置された各アンテナ素子相互は、基地局に対する指向性が異なっているため、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置が変化しても、その中の少なくとも１つのアンテナ素子は、基地局に対して好適な指向条件になる。
従って、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置の変化に対応して、受信感度の優れたアンテナ素子に切り替えることで、常に、アンテナ素子の受信感度を良好に維持することができる。
また、予め３個以上のアンテナ素子を具備しているため、良好な受信感度となるアンテナ素子が単一とは限らない。従って、同種の携帯端末装置同士が接近した状態で使用されるような状況下でも、それぞれの携帯端末装置が異なるアンテナ素子を選択することで、互いに干渉を回避すると同時に、それぞれの携帯端末装置が、一定以上の受信感度を確保して、安定した通信品質を維持することもできる。
また、このような構成にすると、例えば、使用時に装置筐体の傾斜角度を検出するセンサを装備しておき、予め装置筐体上に装備した各アンテナ素子の傾斜角度に対応する受信感度を測定したアンテナ選択情報を内蔵しておけば、センサの検出値アンテナ選択情報に照合して直ちに良好な受信感度のアンテナ素子を選択することができ、速やかに受信感度の良好なアンテナ素子へ切り替えることができる。

（２）なお、好ましくは、上記（１）に記載の携帯端末装置において、各アンテナ素子の配置の内の少なくとも一つは、前記装置筐体内のデジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域に設定されている構成とすると良い。
このような構成にすると、無線通信時に、デジタル回路を駆動するアプリケーションソフトが運用されていても、デジタル回路の発生するノイズの影響の少ないアンテナ素子に切り替えることで、良好な受信感度を維持することができ、安定した通信品質を維持することもできる。

（３）また、好ましくは、上記（１）または（２）に記載の携帯端末装置において、送受信時に前記アンテナ切替機能が選択したアンテナ素子を記憶する記憶装置を備え、次回の送受信開始時には、前回の送受信時に前記記憶装置に記憶されたアンテナ素子を最優先に選択して、送受信を開始する構成とすると良い。
このような構成にすると、無線通信の開始時に、使用するアンテナ素子の選出のために通信処理が遅延することがなく、応答性や処理性能を改善することができる。

（４）また、好ましくは、上記（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の携帯端末装置において、予め、良好な受信感度と見なす閾値を定めておき、前記アンテナ切替機能は選択されているアンテナ素子の受信感度が前記閾値よりも低いときには、他のアンテナ素子に切り替える構成とすると良い。
このような構成にすると、例えば、同種の携帯端末装置同士が接近した状態で使用されていて、互いの干渉により受信感度が閾値よりも低下したような場合に、速やかに、アンテナ素子の切り替えにより、受信感度の回復を図ることができる。

本発明に係る携帯端末装置では、装置筐体内に分散配置された各アンテナ素子相互は、基地局に対する指向性が異なっているため、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置が変化しても、その中の少なくとも１つのアンテナ素子は、基地局に対して好適な指向条件になる。
従って、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置の変化に対応して、受信感度の優れたアンテナ素子に切り替えることで、常に、アンテナ素子の受信感度を良好に維持することができる。
また、予め３個以上のアンテナ素子を具備しているため、良好な受信感度となるアンテナ素子が単一とは限らない。従って、同種の携帯端末装置同士が接近した状態で使用されるような状況下でも、それぞれの携帯端末装置が異なるアンテナ素子を選択することで、互いに干渉を回避すると同時に、それぞれの携帯端末装置が、一定以上の受信感度を確保して、安定した通信品質を維持することもできる。

以下、本発明に係る携帯端末装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る携帯端末装置の一実施の形態の斜視図、図２は図１に示した携帯端末装置の概略構成を示すブロック図、図３は図１に示した携帯端末装置の使用状況の説明図、図４は図１に示した携帯端末装置の使用時の傾斜角度の説明図、図５は図１に示した携帯端末装置の使用時の傾斜角度に基づいて、受信感度の良好なアンテナ素子を選択する方法の説明図、図６は図１に示した携帯端末装置において受信感度の良好なアンテナ素子を切り替える処理の説明図である。

この一実施の形態の携帯端末装置１０は、ＰＨＳや携帯電話機として使用されるもので、表面に液晶パネルによる表示部２１を備えた上部筐体１１と、表面に
操作部２３を備えた下部筐体１２とを備えている。
上部筐体１１は、その下端部がヒンジ部１３により下部筐体１２の上端に回動自在に結合されて、上部筐体１１の表面が下部筐体１２の表面上に重なる状態に折り畳んで携帯することができる。

本実施の形態の場合、上部筐体１１内には、データを無線通信により送受信するための３つのアンテナ素子３１，３２，３３が、表示部２１を構成するユニットの周囲に分散して配置されている。
３つのアンテナ素子３１，３２，３３の内、第１のアンテナ素子３１は上部筐体１１の上端面に沿って装備され、第２のアンテナ素子３２は上部筐体１１の左側面に沿って装備され、第３のアンテナ素子３３は上部筐体１１の右側面に沿って装備されている。以上の３つのアンテナ素子３１，３２，３３は、配置する位置や、配置する向きを相異させることで、互いに相異する指向性を得ている。

また、本実施の形態の場合、３つのアンテナ素子３１，３２，３３の配置の内の少なくとも一つは、上部筐体１１内又は下部筐体１２内のデジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域に設定されている。
この場合に、デジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域とは、デジタル回路から一定以上の離間距離が確保されることでノイズの影響が低くなった領域や、ノイズを遮蔽するノイズ遮蔽手段でデジタル回路側から隔離した領域等が考えられる。

デジタル回路が集中実装される後述の制御回路４１等を下部筐体１２側に隔離装備することで、上部筐体１１側に装備した各アンテナ素子３１，３２，３３の装備位置はいずれもデジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域にすることも考えられる。

上記の各アンテナ素子３１，３２，３３には、上部筐体１１内の空きスペースに応じて、チップアンテナ、板金アンテナ、逆Ｆアンテナ等を使用することができる。また、アンテナ素子３１，３２，３３には、要求される出力性能や指向性に応じて、モノポールアンテナ又はダイポールアンテナを選択することもできる。

上部筐体１１の表面側で、表示部２１と第１のアンテナ素子３１との間には、音声等を再生出力するスピーカ３５が装備されている。

下部筐体１２の表面に装備された操作部２３には、データや処理命令を入力する多数の操作キー２４が配列されている。
また、下部筐体１２の表面の下端寄りの位置には、音声を入力するためのマイク３７が装備されている。

下部筐体１２の内部で下端寄りの位置には、無線通信時に、アンテナ素子３１，３２，３３が装備されている上部筐体１１の中心軸の傾斜角度を検出する角度センサ３８が装備されている。

上記の下部筐体１２内あるいは上部筐体１１内には、図２に示すように、入力データや送受信信号等をデジタル処理する制御回路４１と、各種のデータを記憶しておく記憶装置４３と、制御回路４１から出力されるアンテナ切替制御信号４４に基づいて使用するアンテナ素子を選択切り替えするアンテナ切替スイッチ４５と、制御回路４１から出力される送受信切替制御信号４６に基づいてアンテナ素子へのデータの送受信を切り替える送受信切替スイッチ４７と、制御回路４１から出力される送信データの変調やアンテナ素子が受信した信号の復調を行う送受信回路４８や周波数ＰＬＬシンセサイザ回路４９などが装備される。

上記の携帯端末装置１０でユーザ５０が無線通話する場合、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、ユーザ５０が左右いずれの手に持って使用するか、左右いずれの耳に装置を当てるか、基地局５１に対するユーザ５０の立ち位置が横向きか前向きか後ろ向きかなど、各種の使用条件によって、基地局５１に対する各アンテナ素子３１，３２，３３の受信感度が変化する。

本実施の形態では、中継基地局５１からの電波は上方から飛来するものと想定して、通話時におけるユーザ５０に耳に押し当てられる上部筐体１１の中心軸Ｌｍの鉛直方向との挟角となる傾斜角度θを、図４に示すように、０゜、４５゜、９０゜の３つのケースに分類して、それぞれの傾斜角度における各アンテナ素子３１，３２，３３の受信感度を測定しておく。
図５（ａ）は、上記のような３つの傾斜角度について、各アンテナ素子３１，３２，３３の受信感度を測定した表であり、傾斜角度θが０゜及び４５゜の場合は、第２のアンテナ素子３２が最も受信感度が高いアンテナ素子となり、９０゜の場合は第１のアンテナ素子３１が最も受信感度が高いアンテナ素子となっている。

図５（ａ）に示したように上部筐体１１の傾斜角度の変化に対応して各アンテナ素子３１，３２，３３の受信感度の優劣を測定したデータは、受信感度の優れたアンテナ素子を選択するためのデータ又はアルゴリズムとして、予め、記憶装置４３に保存される。
記憶装置４３には、その他に、良好な受信感度と見なす閾値（電界強度閾値）や、制御回路４１が実施するアプリケーションソフトで使用するデータやプログラム、あるいは操作部２３からユーザが入力したデータ等が保存される。

制御回路４１は、記憶装置４３に保存されているデータや入力データに基づいて各種のアプリケーションソフトによるデータ処理を実施する他、無線通信時のプロトコル制御やレイヤー制御なども実施する。
本実施の形態において特徴的なことは、制御回路４１は、無線通信による送受信処理時に、装備されている各アンテナ素子３１，３２，３３の内、受信感度の一番優れたアンテナ素子を選択使用するアンテナ切替機能を発揮する。

制御回路４１によるアンテナ切替機能は、角度センサ３８の出力から上部筐体１１の傾斜角度を検知し、検知した傾斜角度からアンテナ素子の選択候補を絞る。具体的には、記憶装置４３に格納されている傾斜角度毎の各アンテナ素子相互の受信感度の優劣表（例えば、図５（ａ）に示したデータ）に基づいて、該当する傾斜角度のときに最も受信感度の高いアンテナ素子を判定し、そのアンテナ素子が接続されるようにアンテナ切替スイッチ４５の動作を制御する。

更に、制御回路４１のアンテナ切替機能では、選択したアンテナ素子について、記憶装置４３に規定したアンテナ選択アルゴリズムに基づいて、ＲＳＳＩ又はエラーレートを測定し、実際の受信感度（電界強度）を算出する。そして、算出した電界強度値が記憶装置４３に保存しておいた閾値（電界強度閾値）よりも低いときには、他のアンテナ素子に切り替える。

更に、本実施の形態の制御回路４１のアンテナ切替機能は、図６に示すように、上部筐体１１の傾斜角度や実際の受信感度と閾値との比較から、より受信感度が優れたアンテナ素子を選択したとき（ステップＳ１０２）には、選択したアンテナ素子を記憶装置４３に記憶させる処理を実施し（ステップＳ１０３）、次回の送受信開始時には、前回の送受信時に記憶装置４３に記憶されたアンテナ素子を最優先に選択して（ステップＳ１０１）、送受信を開始する。

なお、図６のステップＳ１０２におけるアンテナ選択処理では、ステップＳ１０１で選択されているアンテナ素子の受信感度を記憶装置４３に保存しておいた閾値（電界強度閾値）と比較して、閾値よりも低いときには、他のアンテナ素子に切り替える処理も含むものである。

以上に説明した携帯端末装置１０では、上部筐体１１内に分散配置された各アンテナ素子３１，３２，３３相互は、基地局５１に対する指向性が異なっているため、ユーザの装置筐体の握り方や基地局５１に対するユーザの立ち位置が変化しても、その中の少なくとも１つのアンテナ素子は、基地局５１に対して好適な指向条件になる。
従って、ユーザの装置筐体の握り方や基地局５１に対するユーザの立ち位置の変化に対応して、受信感度の優れたアンテナ素子に切り替えることで、常に、アンテナ素子の受信感度を良好に維持することができる。

また、予め３個のアンテナ素子を具備しているため、良好な受信感度となるアンテナ素子が単一とは限らない。例えば、４５゜の傾斜角で使用している場合、図５（ａ）に示すように、２つのアンテナ素子３２，３３のそれぞれが、比較的に良い受信感度を示す。従って、同種の携帯端末装置１０同士が接近した状態で使用されるような状況下でも、それぞれの携帯端末装置１０が異なるアンテナ素子を選択することで、互いに干渉を回避すると同時に、それぞれの携帯端末装置１０が、一定以上の受信感度を確保して、安定した通信品質を維持することもできる。

また、本実施の形態の携帯端末装置１０では、各アンテナ素子３１，３２，３３の配置の内の少なくとも一つは、装置筐体内のデジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域に設定されている。
そのため、無線通信時に、デジタル回路を駆動するアプリケーションソフトが運用されていても、デジタル回路の発生するノイズの影響の少ないアンテナ素子に切り替えることで、良好な受信感度を維持することができ、安定した通信品質を維持することもできる。

また、本実施の形態の携帯端末装置１０では、制御回路４１のアンテナ切替機能は、角度センサ３８の検出信号に基づいて、送受信時の上部筐体１１の傾斜角度からアンテナ素子の選択候補を絞る。
そのため、予め上部筐体１１上に装備した各アンテナ素子３１，３２，３３の傾斜角度に対応する受信感度を測定した図５（ａ）に示したようなアンテナ選択情報を内蔵しておけば、角度センサ３８の検出値アンテナ選択情報に照合して直ちに良好な受信感度のアンテナ素子を選択することができ、速やかに受信感度の良好なアンテナ素子へ切り替えすることができる。

また、本実施の形態の携帯端末装置１０では、図６にステップＳ１０２，Ｓ１０３で示すように、送受信時にアンテナ切替機能により選択したアンテナ素子を記憶する記憶装置４３を備え、次回の送受信開始時には、ステップＳ１０１に示すように、取り敢えず、前回の送受信時に記憶装置４３に記憶されたアンテナ素子を最優先に選択して、送受信を開始する。
そのため、無線通信の開始時に、使用するアンテナ素子の選出のために通信処理が遅延することがなく、応答性や処理性能を改善することができる。

また、本実施の形態の携帯端末装置１０では、予め、良好な受信感度と見なす閾値を定めておき、アンテナ切替機能では、選択されているアンテナ素子の受信感度が前記閾値よりも低いときには、他のアンテナ素子に切り替える。
そのため、例えば、同種の携帯端末装置１０同士が接近した状態で使用されていて、互いの干渉により受信感度が閾値よりも低下したような場合に、速やかに、アンテナ素子の切り替えにより、受信感度の回復を図ることができる。

また、本発明に係る携帯端末装置において、装置筐体の具体的な構造は、上記実施の形態で示したように上部筐体１１と下部筐体１２とに分割された形態に限らない。装置筐体は単一の筐体であっても良い。

また、本発明に係る携帯端末装置において、装置筐体内に装備するアンテナ素子の装備数や配置は、上記実施の形態に限らない。
４個以上のアンテナ素子を、分散配置するようにしても良い。
図７は、本発明に係る携帯端末装置の他の実施の形態で、この携帯端末装置６０の場合は、装置筐体６１内の略中央に傾斜角度を検出する角度センサ３８を装備すると共に、その周囲の４箇所に、４個のアンテナ素子３１，３２，３３，３４を分散配備している。なお、この装置筐体６１においても、無線通信時には、一実施の形態の携帯端末装置１０と同様に、角度センサ３８の検出角度に基づいて、受信感度の優れたアンテナ素子に切り替えるアンテナ切替機能が発揮される。

このように、装備するアンテナ素子を増やすことによって、ユーザの装置筐体の握り方や基地局に対するユーザの立ち位置の変化に対して、受信感度の優れたアンテナ素子の確保が容易になる。

また、本発明に係る携帯端末装置は、ＰＨＳや携帯電話機に限らない。例えば、無線通信機能を備えたモバイルパソコンやノートパソコンなどにも応用することができることは、言うまでもない。

本発明に係る携帯端末装置の一実施の形態の斜視図である。 図１に示した携帯端末装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示した携帯端末装置の使用状況の説明図である。 図１に示した携帯端末装置の使用時の傾斜角度の説明図である。 図１に示した携帯端末装置の使用時の傾斜角度に基づいて、受信感度の良好なアンテナ素子を選択する方法の説明図である。 図１に示した携帯端末装置において受信感度の良好なアンテナ素子を切り替える処理の説明図である。 本発明に係る携帯端末装置の他の実施の形態におけるアンテナ素子の配置の説明図である。

符号の説明

１０ 携帯端末装置
１１ 上部筐体（装置筐体）
１２ 下部筐体（装置筐体）
２１ 表示部
２３ 操作部
３１，３２，３３ アンテナ素子
３４ アンテナ素子
３８ 角度センサ
４１ 制御回路（制御装置）
４３ 記憶装置
４５ アンテナ切替スイッチ
４７ 送受信切替スイッチ
４８ 送受信回路
５０ ユーザ
５１ 基地局
６０ 携帯端末装置
６１ 装置筐体

Claims (4)

1. 装置筐体と、データを無線通信により送受信するためのアンテナ素子と、前記アンテナ素子を介してデータを送受信する送受信回路と、入力データや送受信信号等をデジタル処理する制御回路と、を備えた携帯端末装置において、
   前記装置筐体の傾斜角度を検出する角度センサと、
   指向性を相異させた少なくとも３個以上のアンテナ素子を、前記装置筐体内に分散配置すると共に、
   送受信処理時に、装備されている各アンテナ素子の内から、前記角度センサの出力に基づきアンテナ素子の選択候補を絞ると共に、受信感度の一定以上の優れたアンテナ素子を選択使用するアンテナ切替機能と、を備えたことを特徴とする携帯端末装置。
2. 各アンテナ素子の配置の内の少なくとも一つは、前記装置筐体内のデジタル回路が発生するノイズの影響が低い領域に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末装置。
3. 送受信時に前記アンテナ切替機能が選択したアンテナ素子を記憶する記憶装置を備え、次回の送受信開始時には、前回の送受信時に前記記憶装置に記憶されたアンテナ素子を最優先に選択して、送受信を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯端末装置。
4. 予め、良好な受信感度と見なす閾値を定めておき、前記アンテナ切替機能は選択されているアンテナ素子の受信感度が前記閾値よりも低いときには、他のアンテナ素子に切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の携帯端末装置。

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