JP4819666B2 - 無線機器 - Google Patents

Description

本発明は、無線機器に関し、特に、当該アンテナのエレメントとして縮退分離素子を備え、これを偏波に応じて切り替えるパッチアンテナを備える無線機器に関する。

近年、携帯電話は、その多機能化が進んでおり、様々な無線を使用したアプリケーションを搭載している。その一例として、ＧＰＳ（Grobal Positioning System ）を利用してその位置を特定する機能を備える携帯電話がある。このような携帯電話は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するために、ＧＰＳの電波受信用の円偏波パッチアンテナ（ＧＰＳ用円偏波パッチアンテナ）を備える。

円偏波パッチアンテナは、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）又は右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）であるかを問わずに、効率良く受信できることが望ましい。このため、例えば、立方体状の６面にパッチアンテナを設置することにより、偏波を切り替えることなく、偏波が変化する面を存在させないようにするパッチアンテナが提案されている（特許文献１参照）。また、給電パッチ上に調整用の誘電体を設けることにより、左旋回円偏波及び右旋回円偏波に簡単に対応できるようにしたパッチアンテナが提案されている（特許文献２参照）。なお、パッチ素子の形状についても種々の形状が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００１−３３２９２９号公報 特開２００３−３４７８３２号公報 特開平５−１６７３３５号公報

携帯電話においては、円偏波パッチアンテナは、筐体の開閉状態の一方にのみ最適化され、他方の状態については最適化されていない。即ち、携帯電話においては、その筐体の開閉状態に応じて円偏波を制御できていないので、微弱な電波を受信するにはロスが大きくなり、非効率である。

例えば、ＧＰＳ衛星からの電波はＲＨＣＰであるので、折りたたみ式の携帯電話において、その開状態（液晶画面を備える可動部を開いた状態）でこの偏波を効率良く受信できるように設計したとする。この場合、アンテナから見た偏波方向は右旋回方向となる。即ち、このＧＰＳ用円偏波パッチアンテナは、ＲＨＣＰ受信用のアンテナである。ところが、閉状態（可動部を閉じた状態）では、アンテナの背面からＧＰＳ衛星からの電波を受信することになる。この場合、アンテナから見た偏波方向は左旋回方向になり、これは、ＲＨＣＰ受信用のアンテナでＬＨＣＰの電波を受信することに等しい。即ち、交差偏波の関係が成立し、アンテナ特性が劣化しているように見える。

そこで、携帯電話の筐体の開閉状態に拘らず、筐体の開閉状態と受信する偏波とを合わせられるアンテナが必要である。しかし、携帯電話のような小さい端末に実装されるパッチアンテナは小型でなければならない。例えば、特許文献１に記載された立方体状のパッチアンテナを携帯電話のような端末に実装することは非常に困難である。

本発明は、当該端末の筐体の開閉状態に拘らず、左旋回円偏波及び右旋回円偏波のいずれも良好に受信することができるパッチアンテナを備える無線機器を提供することを目的とする。

本発明の無線機器は、開閉可能に設けられた第１及び第２筺体と、前記第１又は第２筺体のいずれかに設けられたパッチアンテナと、前記第１及び第２筐体の開閉状態を検出して前記開閉状態を示す開閉信号を形成する開閉検出部とを備える。前記パッチアンテナは、第１の偏波に対応する第１エレメントと、第２の偏波に対応して前記第１エレメントに付加される第２エレメントと、前記第２エレメントを前記第１エレメントから切断し又はこれへ接続することにより、前記パッチアンテナを前記第１又は第２の偏波に適した状態とする切替部とを備える。前記切替部は、前記第１及び第２エレメントの間を接続するスイッチ素子を含む。前記スイッチ素子は、そのカソードを前記第１エレメントに接続され、そのアノードを前記第２エレメントに接続されたダイオードを含む。前記第２エレメントは、チョークコイルを介して接地電位に接続される。前記開閉信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える。前記第１及び第２筐体が開状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオフとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントから切断されて、前記パッチアンテナが前記第１の偏波に適した状態とされる。前記第１及び第２筐体が閉状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオンとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントへ接続されて、前記パッチアンテナが前記第２の偏波に適した状態とされる。

好ましくは、本発明の一実施態様において、当該無線機器が、更に、前記筐体の傾きを検出して当該傾きを示す姿勢信号を形成する姿勢検出部と、前記開閉信号と前記姿勢信号とに基づいて、前記切替部の制御信号を形成する制御部とを備える。前記制御信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える。

本発明の無線機器によれば、開閉可能に設けられた第１及び第２筺体のいずれかにパッチアンテナが設けられ、第１及び第２筐体の開閉状態を示す開閉信号に基づいて、第１の偏波に対応する第１エレメントに対して、第２の偏波に対応する第２エレメントが、切断又は接続される。これにより、第１及び第２筐体が開状態である場合、開閉信号によりダイオードをオフとすることにより、第２エレメントを第１エレメントから切断して、パッチアンテナを第１の偏波に適した状態とすることができ、第１及び第２筐体が閉状態である場合、開閉信号によりダイオードをオンとすることにより、第２エレメントを第１エレメントへ接続して、パッチアンテナを第２の偏波に適した状態とすることができる。

また、本発明の一実施態様によれば、筐体の傾きを示す姿勢信号と前記開閉信号とに基づいて、切替部が、第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える。これにより、筐体の傾きと状態とに応じて、パッチアンテナを第１又は第２の偏波に適した状態とすることができる。

図１は、本発明のパッチアンテナを備える無線機器の一例を示す構成図である。図２及び図３は、図１の無線機器の一例である携帯電話を示す構成図である。

本発明の一実施形態による無線機器１は、図１〜図３に示すように、筐体２と、回転支持部３と、パッチアンテナ４と、キャパシタ５と、高周波信号の検出回路（ＲＦ）６と、開閉検出部７とを備える。キャパシタ５と検出回路６とで、パッチアンテナ４の給電手段を構成する。

パッチアンテナ４は、例えばＧＰＳ衛星からの電波Ｗを受信する。パッチアンテナ４で受信された電波信号は、給電線４９を介して、検出回路６に供給される。給電線４９は、給電手段のキャパシタ５と、パッチアンテナ４（の第１エレメント４１）との間を接続する。キャパシタ５は直流成分をカットする。検出回路６は、検波回路であり、パッチアンテナ４で受信した電波を検波して、後段の信号処理回路（図示せず）に出力する。

無線機器１は、図２及び図３に示すように、折りたたみ式の携帯電話１からなる。即ち、携帯電話１の筺体２は、開閉可能（折りたたみ可能）に設けられ、このために、第１筐体２１及び第２筺体２２からなる。具体的には、筐体２は、第１筐体である固定部２１と、固定部２１に対して相対的に可動な第２筐体である可動部２２と、これらを回転可能に連結する周知の回転支持部３とからなる。パッチアンテナ４は、筐体２の内部に収納され、第１の筐体２１又は第２の筺体２２のいずれかに設けられる。

なお、本実施形態のパッチアンテナ４は、携帯電話１以外にも、例えば携帯情報端末（ＰＤＡ）等に適用することができる。また、本実施形態のパッチアンテナ４は、折りたたみ式の携帯電話１以外にも、筐体が１個の携帯電話や、固定部に対して可動部を平行平面内で１８０度回転する方式の携帯電話にも適用することができる。

パッチアンテナ４は、図１に示すように、第１の偏波に対応する第１エレメント４１と、第２の偏波に対応して第１エレメント４１に付加される第２エレメント４２と、切替部４３とを備える。切替部４３は、第２エレメント４２を第１エレメント４１から切断し又はこれへ接続することにより、当該パッチアンテナ４を第１又は第２の偏波に適した状態とする。

開閉検出部７は、筐体２の開閉状態を検出して当該開閉状態を示す開閉信号を形成する。このために、開閉検出部７は、周知のように、回転支持部３の動きに連動して、携帯電話１が開状態であるか閉状態であるかを検出する。開閉検出部７による筐体２の開閉状態検出の手法は、上記のものには限定されない。たとえば携帯電話の場合、筐体を開く角度が数段階に設定されたものもあるが、いずれの状態までを開状態又は閉状態とするかは、予め定められる。開閉検出部７は、図示しないが、例えばパッチアンテナ４が形成されたプリント基板（後述する）上に設けられる。

開閉検出部７は、本来はパッチアンテナ４と検出回路６とを接続するために用いられる給電線４９を介して、開閉信号を切替部４３に印加する。開閉信号は、後述するように、直流成分のみからなる。従って、本実施形態においては、検出回路６のための高周波信号を伝播する給電線４９が、直流信号の印加のために共用される。検出回路６の前段にキャパシタ５が挿入されているので、直流成分からなる開閉信号をカットして、開閉信号が検出回路６に影響を与えることを防止することができる。

切替部４３は、開閉検出部７からの開閉信号に基づいて、第２エレメント４２の第１エレメント４１からの切断及びこれへの接続を切り替える。即ち、開閉信号は切替部４３の制御信号であり、開閉検出部７は切替部４３の制御部であるとも言える。

例えば、第２エレメント４２の第１エレメント４１からの切断により、パッチアンテナ４は、第１の偏波に対応する第１エレメント４１により構成される。従って、パッチアンテナ４は第１の偏波の受信に適した状態となる。第２エレメント４２の第１エレメント４１への接続により、パッチアンテナ４は、第１エレメント４１と第２の偏波に対応する第２エレメント４２により構成される。従って、パッチアンテナ４は第２の偏波の受信に適した状態となる。

この例では、第１の偏波はＲＨＣＰである。例えば、ＧＰＳ衛星からの電波ＷはＲＨＣＰである。図４は円偏波を説明する図面であり、図示矢印は偏波方向を示している。図４において、方向Ａから到来する円偏波が、ＲＨＣＰである（Ａ方向から見て右旋回）。電波Ｗを受信しようとする無線機器１においては、パッチアンテナ４の表面（パッチ素子４１１、後述する）で方向ＡからのＲＨＣＰを受信するように、予め設定される。

この例では、第２の偏波はＬＨＣＰである。図４において、方向Ｂから到来する円偏波が、ＬＨＣＰである（Ｂから見て左旋回）。例えば、パッチアンテナ４の表面でＲＨＣＰを受信するように設定された無線機器１において、パッチアンテナ４の裏面でＧＰＳ衛星の電波Ｗを受信した場合は、これに相当する。このように、同じ円偏波でも、それを見る方向、言い換えれば円偏波を受信するアンテナの向きによって、偏波方向が逆転してしまう。

固定部２１は、図２に示すように、番号ボタン２１１が設けられた筐体である。可動部２２は、図２に示すように、液晶画面２２３が設けられた筐体である。この例においては、パッチアンテナ４は、図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に点線で示すように、可動部２２の内部に設けられる。

図２及び図３（Ａ）は、携帯電話１の開状態を示す。即ち、液晶画面２２３を備える可動部２２を開いた状態を示す。例えば、ユーザは、固定部２１を手で保持した状態で、可動部２２を回転支持部３を中心に矢印Ａの方向に回転させることにより携帯電話１を開き、通信する。この時、可動部２２の内面２２１が上（ＧＰＳ衛星の方向）を向いており、これに従って、例えばＧＰＳの電波Ｗをパッチアンテナ４の表面側から受信する。可動部２２の内面２２１は、液晶画面２２３を備える面である。

このように、折りたたみ式の携帯電話１は、通話時においては開状態にある。そこで、開状態（通話中）において円偏波を効率良く受信できるように、携帯電話１が設計される。即ち、パッチアンテナ４は、筐体が開状態の場合において、その表面の方向からＧＰＳの電波Ｗを受信するように設けられる。換言すれば、パッチアンテナ４は、筐体２が開状態の場合、ＲＨＣＰ受信用のアンテナとなるように構成される。

図３（Ｂ）は、携帯電話１の閉状態を示す。即ち、可動部２２を閉じた状態を示す。例えば、ユーザは、固定部２１を手で保持した状態で、可動部２２を回転支持部３を中心に図３（Ａ）に図示する矢印Ｂの方向に回転させることにより携帯電話１を閉じ（折りたたみ）、机上に置く。この時、可動部２２の外面２２２が上を向いており、これに従って、パッチアンテナ４はＧＰＳの電波Ｗをその背面（裏面）側から受信する。

このように、携帯電話１の閉状態において、パッチアンテナ４は、その背面からＧＰＳ衛星からの電波Ｗを受信する。換言すれば、パッチアンテナ４は、筐体２が閉状態の場合、ＬＨＣＰ受信用のアンテナとなるように構成される。

図５は、本実施形態のパッチアンテナ４の一例を示す構成図である。特に、図５（Ａ）はパッチアンテナ４の平面構造を示し、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）はパッチアンテナ４の概念的な構成を示す。

パッチアンテナ４は、図５（Ａ）に示すように、第１エレメント４１、第２エレメント４２、切替部４３、チョークコイル４６、誘電体層４７を備える。第１エレメント４１と第２エレメント４２とがアンテナ素子を構成する。第１エレメント４１は、パッチ素子４１１と第１の縮退分離素子４１２とからなる。従って、第１エレメント４１は、第１の縮退分離素子４１２を備えるアンテナ導体である。第２エレメント４２は、第２の縮退分離素子４２からなる。切替部４３はスイッチ素子４３からなる。第１エレメント４１、第２エレメント４２、切替部４３及びチョークコイル４６は誘電体層４７上に形成される。

第１エレメント４１のパッチ素子４１１は、後述するように、給電点４５で給電線４９に接続される。パッチ素子４１１は、スイッチ素子４３を介して、第２エレメント即ち第２の縮退分離素子４２に接続される。第２の縮退分離素子４２は、チョークコイル４６を介して、接地電位（又は基準電位）に接続される。

パッチアンテナ４の第１エレメント４１は、円形又は正多角形の外周を所定の対向する２箇所で凹状に切り欠かれた欠落領域を有する導体層からなる。即ち、パッチ素子４１１は、図５（Ａ）に示すように、ほぼ円形とされる。周知のように、パッチ素子４１１の円周の２箇所を点対称の位置でほぼ四角形に切り欠くことにより、２個の欠落領域４１２が設けられる。欠落領域４１２は、凹状の第１の縮退分離素子であり、例えばＲＨＣＰ用の縮退分離素子である。

なお、パッチ素子４１１の形状は、円形に限らず、周知のように、正多角形（例えば、正８角形）であっても良い。この場合、正多角形の対向する２辺において、その中央部を凹状に切り欠くことにより、欠落領域４１２が形成される。

第２エレメント４２は、２箇所の欠落領域４１２の各々に対応する位置に設けられ、欠落領域４１２と相似形状を有する２個の導体層からなる。即ち、パッチ素子４１１の円周の外側の２箇所において、欠落領域４１２に対向する位置に、各々、第２の縮退分離素子４２が設けられる。第２の縮退分離素子４２は、凸状の縮退分離素子であり、例えばＬＨＣＰ用の縮退分離素子の一部を構成するものである。第２の縮退分離素子４２は、欠落領域４１２と相似形の四角形とされる。

切替部４３は、２個のスイッチ素子４３からなる。２個のスイッチ素子４３は、各々、第１エレメント４１と第２エレメント４２である２個の導体層との間を接続する。即ち、第２の縮退分離素子４２は、スイッチ素子４３を介して、パッチ素子４１１に接続される。図５（Ａ）に示すように、四角形状に切り欠かれた領域４１２の内部に、スイッチ素子４３が設けられる。スイッチ素子４３は、高周波スイッチングに適した例えばＰＩＮダイオード４３からなる。各々のスイッチ素子４３は、円形のパッチ素子４１１の直径方向において、パッチ素子４１１と第２の縮退分離素子４２とを接続する。

２個のスイッチ素子４３は、各々、そのカソードを第１エレメント４１のパッチ素子４１１に接続され、そのアノードを第２エレメント（第２の縮退分離素子）４２に接続されたＰＩＮダイオード４３からなる。即ち、ＰＩＮダイオード４３は、第１エレメント４１から第２エレメント４２への方向が順方向となるように、接続される。これは、後述するように、開閉検出部７からの切替部４３の制御信号が、給電線４９を介して、第１エレメント４１の方向から切替部４３に印加されるためである。ＰＩＮダイオード４３は、対向する２箇所の欠落領域４１２を結ぶ線に沿うように設けられる。

第２エレメント４２は、ＰＩＮダイオード４３と接続された位置と対向する位置でチョークコイル４６に接続され、これを介して、接地電位に接続される。チョークコイル４６は、交流信号を遮断し、直流信号のみを導通する。従って、交流信号について第２エレメント４２は接地されず、直流信号について第２エレメント４２は接地される。これにより、第２エレメント４２における電波の受信に影響を与えることなく、直流成分からなる開閉信号（又は、後述する制御信号）について閉回路を構成することができる。

ＰＩＮダイオード４３が導通し、第１エレメント４１と第２エレメント４２とが接続された状態では、第２エレメント４２が設けられた部分ではパッチアンテナ４の見かけ上の径は、第２エレメント４２が突出している分だけ長くなる。

なお、この例において、給電点４５は、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、円形のパッチ素子４１１の中心を通り互いに直交する２本の点線で当該円を４等分した場合における右下の領域に設けられる。実際には、給電点４５の位置に応じて、縮退分離素子と偏波の受信状態との関係が異なる。即ち、いずれの縮退分離素子を付加した場合にいずれの偏波を受信する状態となるかが異なる。しかし、給電点４５の位置は固定であるので、この関係は予め定めることができる。

また、スイッチ素子４３は、ダイオードに限られない。スイッチ素子４３として、例えばＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタのようなスイッチ素子を用いるようにしても良い。この場合、受信する電波（例えばＧＰＳ衛星からの電波）の周波数に応じて、高周波応答特性に優れたＭＯＳＦＥＴを使用する必要がある。

図６は、本発明の一実施形態によるパッチアンテナ４の一例を示す構成図である。特に、図６（Ａ）は図５（Ａ）に示す切断線Ｖ−Ｖに沿うパッチアンテナ４の断面構造を示し、図６（Ｂ）はスイッチ素子４３の近傍におけるパッチアンテナ４の断面構造を示す。

パッチアンテナ４は、図６（Ａ）に示すように、誘電体層４７と、誘電体層４７の表面に形成された導体層からなるパッチ素子４１１と、誘電体層４７の裏面に形成された導体層からなる接地導体４８とを備える。パッチ素子４１１は給電線４９と接続される。給電線４９は、誘電体層４７に形成された接続孔４１０を介して、アンテナ導体４１１に給電点４５で接続される。接地導体４８は、図示しないが、接地電位に接続される。

誘電体層４７は、例えばプリント配線基板からなる。プリント配線基板上には、検出回路６、開閉検出部７等の他の種々の回路が形成される。スイッチ素子（ＰＩＮダイオード）４３は、図６（Ｂ）に示すように、パッチ素子４１１の四角形状に切り欠かれた領域４１２に設けられる。スイッチ素子４３は、実際には、配線４４を介して、パッチ素子４１１と第２の縮退分離素子４２との間を接続する。

次に、本実施形態のパッチアンテナ４と、携帯電話１の筐体２の開閉状態との関係について説明する。

第１に、携帯電話１（の筐体２）が開状態である場合について説明する。携帯電話１が開状態の場合、第１の筐体２１と第２の筐体２２とは図３（Ａ）に示すように、開いた状態となる。これに応じて、開閉検出部７は第１の筐体２１と第２の筐体２２の開閉状態を検出し、その結果に応じて開閉信号としてロウレベル信号（例えば０Ｖ）を形成して、出力する。開閉信号のロウレベルにより、ＰＩＮダイオード４３がオフとされる。この結果、第２エレメント４２が第１エレメント４１から切断されて、パッチアンテナ４が第１の偏波（ＲＨＣＰ）に適した状態とされる。

即ち、開閉信号のロウレベルにより、ＰＩＮダイオード４３が順バイアスされない（逆バイアスされる）ので、オフとされる。従って、第２エレメント４２が第１エレメント４１から切断される。これにより、パッチアンテナ４は、第２の縮退分離素子４２が切断された状態となる。従って、パッチアンテナ４は、第１の偏波に対応する第１エレメント４１により、即ち、第１の縮退分離素子４１２が付加されたパッチ素子４１１により構成される。

以上により、概念的には、パッチ素子４１１は、図５（Ｂ）に示すような構成となる。この結果、パッチアンテナ４は、ＲＨＣＰ受信用のアンテナとなるように構成される。

第２に、携帯電話１（の筐体２）が閉状態である場合について説明する。携帯電話１が閉状態の場合、第１の筐体２１と第２の筐体２２とは、図３（Ｂ）に示すように、閉じた状態となる。これに応じて、開閉検出部７は、開閉信号としてハイレベル信号（例えば５Ｖ）を形成して、出力する。開閉信号のハイレベルにより、ＰＩＮダイオード４３がオンとされる。この結果、第２エレメント４２が第１エレメント４１へ接続されて、パッチアンテナ４が第２の偏波（ＬＨＣＰ）に適した状態とされる。

即ち、開閉信号のハイレベルにより、ＰＩＮダイオード４３が順バイアスされるので、オンとされる。従って、第２エレメント４２が第１エレメント４１へ接続される（短絡される）。これにより、パッチアンテナ４は、第２の縮退分離素子４２が接続された状態となる。従って、パッチアンテナ４が第２の偏波に適した状態とされる。この結果、パッチアンテナ４は、第１エレメント４１と第２の偏波に対応する第２エレメント４２により、即ち、パッチ素子４１１と第２の縮退分離素子４２とにより構成される。

この場合、パッチアンテナ４は、図５（Ｃ）に示すように、その径の一部が増加した状態となる。偏波の受信においては、円形のパッチ素子４１１の径が重要であるので、第２の縮退分離素子４２（４２’）を付加した場合、パッチアンテナ４は、ＬＨＣＰ受信用のアンテナとなる。

以上により、概念的には、パッチ素子４１１は、図５（Ｃ）に示すような、第２の縮退分離素子４２’を備える構成となる。この結果、パッチアンテナ４は、ＬＨＣＰ受信用のアンテナとなるように構成される。

以上により、筐体２が開状態では第１の（凹形状の）縮退分離素子（欠落領域）４１２がパッチ素子４１１に付加され、閉状態では第２の（凸形状の）縮退分離素子４２がパッチ素子４１１に付加される。これにより、パッチ素子４１１は、見かけ上、筐体２が開状態では凹形状の縮退分離素子を備えるアンテナ（アンテナ導体）に見え、筺体２が閉状態では凸形状の縮退分離素子を備えるアンテナにみえる。

従って、筐体２の開閉状態に関わらず、交差偏波の関係が成立することを防止することができる。即ち、円偏波パッチアンテナ４を衛星からの電波の偏波に合わせることができる。換言すれば、筐体の開閉状態に合わせてパッチアンテナ４の偏波を切り替えることができる。これにより、アンテナ特性が劣化しているように見えることを防止することができ、最適な状態で計測することができる。また、パッチアンテナ４自体の容積が小さく利得が低くても、ＧＰＳ衛星の電波Ｗ等を効率良く受信することができ、筐体２を小型化することができる。

以上の説明は、図３（Ａ）に示すように、パッチアンテナ４が可動部２２にその表面（パッチ素子４１１の形成された面）が内面２２１（筺体リア方向）を向くように設けられた場合についてのものである。本発明はこの逆の場合にも適用できる。即ち、パッチアンテナ４が可動部２２にその表面が外面２２２（筺体フロント方向）を向くように設けられた場合についても適用できる。具体的には、筺体リア方向の場合には、筐体２が開状態及び閉状態の場合、各々、スイッチ素子４３をオン及びオフとするので、筺体フロント方向の場合には、この逆の論理とされる。即ち、筐体２が開状態及び閉状態の場合、各々、スイッチ素子４３をオフ及びオンとする。更に、本発明は、パッチアンテナ４が固定部２１にその表面が内面又は外面を向くように設けられた場合においても、適用することができる。以上は、以下の図７〜図９の例においても同じである。

図７〜図９は本発明の第２の実施の態様を示す。図７は、本発明のパッチアンテナ４を備える無線機器１の他の一例を示す構成図である。図８は、図７の無線機器１の一例である携帯電話を示す構成図である。図９は、図７の無線機器１の一例である携帯電話の説明図である。この例は、図１〜図６に示す例において、更に、姿勢検出部１０（及びＡ／Ｄ９）と、制御部８とを備える例である。即ち、パッチアンテナ４の状態を、携帯電話１の開閉状態だけでなく、携帯電話１その時点における状態（傾き）に対応させる例である。

姿勢検出部１０は、周知の３次元の傾きセンサ又は加速度センサからなり、筐体２の傾きを検出して当該傾きを示す姿勢信号（アナログ信号）を形成し、アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）９に入力する。これにより、姿勢信号は、デジタル信号に変換されて、制御部８に入力される。制御部８には、開閉検出部７から前述の開閉信号が入力される。制御部８は、開閉信号と姿勢信号とに基づいて、切替部４３の制御信号を形成する。切替部４３は、制御信号に基づいて、第２エレメント４２の第１エレメント４１からの切断及びこれへの接続を切り替える。

姿勢検出部１０は、図８に示すように、その傾きが、第１及び第２の偏波に対して、パッチアンテナ４の傾きと同一となるように設けられる。例えば、姿勢検出部１０は、可動部２２の内部において、パッチアンテナ４が設けられたプリント基板（図示せず）上に設けられる。

姿勢検出部１０は、図８に示すように、相互に直交するＸ軸（ロール）、Ｙ軸（ピッチ）及びＺ軸（ヨー）の３軸の方向におけるパッチアンテナ４（又は、パッチアンテナ４が設けられた第２の筐体２２）の傾きを検出して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の傾きを示す３個の姿勢信号を形成する。図８に示す場合においては、Ｘ軸は第１及び第２の偏波の受信に無関係であり、Ｙ軸及びＺ軸が偏波の受信において支配的である。なお、これは、Ｘ軸等の割り当てに応じて、適宜変更される。

そこで、制御部８は、Ｙ軸の姿勢信号とＺ軸の姿勢信号との組合せに応じて、制御信号の基礎となる中間信号を形成する。このために、制御部８は、図９（Ａ）に示すように、Ｙ軸の姿勢信号とＺ軸の姿勢信号との組合せに応じて、パッチアンテナ４を第１及び第２の偏波のいずれに適した状態とすべきかを予め定めるテーブル８１を備える。なお、制御部８が後述するテーブル８２を備えるようにしても良い。

図８に示す場合において、Ｙ軸について３６０度回転する間に円偏波の受信状態は２回変化する。従って、Ｙ軸の姿勢信号は傾きの角度を１８０度ずつの２グループに分割される。また、図８に示す場合において、Ｚ軸について３６０度回転する間に円偏波の受信状態は４回変化する。従って、Ｚ軸の姿勢信号は傾きの角度を９０度ずつ４グループに分割される。なお、これは、Ｙ軸等の割り当てに応じて、適宜変更される。また、この時、Ｙ軸の姿勢信号は１〜１８０度ではなく、０〜１７９度がグループを構成するようにされる。Ｚ軸の姿勢信号についても同様である。

制御部８は、Ｙ軸の姿勢信号とＺ軸の姿勢信号との組合せに応じて、当該テーブル８１を参照し、このテーブル８１に基づいて、制御信号の基礎となる中間信号を形成する。例えば、Ｙ軸の姿勢信号が０〜１７９度の範囲であり、Ｚ軸の姿勢信号が０〜８９度の範囲である場合、当該中間信号は、テーブル８１に従って「Ｆ」とされる。これは、前述の筺体フロント方向の場合と同じであることを示す。例えば、Ｙ軸の姿勢信号が０〜１７９度の範囲であり、Ｚ軸の姿勢信号が９０〜１７９度の範囲である場合、当該中間信号は、テーブル８１に従って「Ｒ」とされる。これは、前述の筺体リア方向の場合と同じであることを示す。

次に、制御部８は、中間信号と開閉信号とに基づいて、制御信号を形成する。このために、制御部８は、中間信号を論理変換する。図９（Ｂ）は論理変換された中間信号の一例を示す。図９（Ｃ）は開閉信号の一例を示す。

中間信号が「Ｆ」である場合、制御部８は、図９（Ｂ）に示すように、中間信号「Ｆ」をハイレベル信号（Ｈ）に変換する。これにより、筐体２が開状態及び閉状態の場合、各々、スイッチ素子４３をオン及びオフとする制御信号を形成することができる。従って、前述の筺体フロント方向の場合と同様に、パッチアンテナ４を制御することができる。

また、中間信号が「Ｒ」である場合、制御部８は、図９（Ｂ）に示すように、中間信号「Ｒ」をロウレベル信号（Ｌ）に変換する。これにより、筐体２が開状態及び閉状態の場合、各々、スイッチ素子４３をオフ及びオンとする制御信号を形成することができる。従って、前述の筺体リア方向の場合と同様に、パッチアンテナ４を制御することができる。これにより、携帯電話１の姿勢に応じて、より正確にパッチアンテナ４を円偏波の受信状態を制御することができる。

以上から判るように、本発明の実施形態の特徴が以下のように把握される。

（付記１） 第１の偏波に対応する第１エレメントと、
第２の偏波に対応して前記第１エレメントに付加される第２エレメントと、
前記第２エレメントを前記第１エレメントから切断し又はこれへ接続することにより、当該パッチアンテナを前記第１又は第２の偏波に適した状態とする切替部とを備える
ことを特徴とするパッチアンテナ。

（付記２） 前記第１エレメントが、円形又は正多角形の外周を所定の対向する２箇所で凹状に切り欠かれた欠落領域を有する導体層からなり、
前記第２エレメントが、２箇所の前記欠落領域の各々に対応する位置に設けられる２個の導体層からなり、
前記切替部が、２個のスイッチ素子からなり、その各々が、前記第１エレメントと前記第２エレメントとの間を接続し、前記欠落領域の内部に設けられる
ことを特徴とする付記１記載のパッチアンテナ。

（付記３） 前記２個のスイッチ素子が、各々、そのカソードを前記第１エレメントに接続され、そのアノードを前記第２エレメントに接続されたダイオードからなる
ことを特徴とする付記２記載のパッチアンテナ。

（付記４） 前記第２エレメントが、チョークコイルに接続され、当該チョークコイルを介して、接地電位に接続される
ことを特徴とする付記３記載のパッチアンテナ。

（付記５） パッチアンテナと、
前記パッチアンテナが収納された筐体と、
前記筐体の開閉状態を検出して当該開閉状態を示す開閉信号を形成する開閉検出部とを備え、
前記パッチアンテナが、
第１の偏波に対応する第１エレメントと、
第２の偏波に対応して前記第１エレメントに付加される第２エレメントと、
前記第２エレメントを前記第１エレメントから切断し又はこれへ接続することにより、当該パッチアンテナを前記第１又は第２の偏波に適した状態とする切替部とを備え、
前記開閉信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える
ことを特徴とする無線機器。

（付記６） 当該無線機器は携帯電話からなり、前記携帯電話は開閉可能に設けられた第１及び第２筺体を備え、前記パッチアンテナが前記第１又は第２筺体のいずれかに設けられる
ことを特徴とする付記５記載の無線機器。

（付記７） 前記切替部が、前記第１及び第２エレメントの間を接続するスイッチ素子からなる
ことを特徴とする付記６記載の無線機器。

（付記８） 前記スイッチ素子が、そのカソードを前記第１エレメントに接続され、そのアノードを前記第２エレメントに接続されたダイオードからなり、
前記第２エレメントが、チョークコイルを介して接地電位に接続される
ことを特徴とする付記７記載の無線機器。

（付記９） 前記パッチアンテナが、更に、
前記パッチアンテナの給電手段と、
前記給電手段と前記第１エレメントとの間を接続する給電線とを備え、
前記開閉検出部が、前記給電線を介して、直流成分からなる前記開閉信号を前記ダイオードに印加する
ことを特徴とする付記８記載の無線機器。

（付記１０） 前記携帯電話が開状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオフとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントから切断されて、前記パッチアンテナが前記第１の偏波に適した状態とされ、
前記携帯電話が閉状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオンとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントへ接続されて、前記パッチアンテナが前記第２の偏波に適した状態とされる
ことを特徴とする付記９記載の無線機器。

（付記１１） 当該無線機器が、更に、
前記筐体の傾きを検出して当該傾きを示す姿勢信号を形成する姿勢検出部と、
前記開閉信号と前記姿勢信号とに基づいて、前記切替部の制御信号を形成する制御部とを備え、
前記制御信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える
ことを特徴とした付記５記載の無線機器。

（付記１２） 前記姿勢検出部の傾きが、前記第１及び第２の偏波に対して、前記パッチアンテナの傾きと同一となるように設けられる
ことを特徴とする付記１１記載の無線機器。

（付記１３） 前記姿勢検出部が、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸の方向における前記パッチアンテナの傾きを検出してＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の傾きを示す姿勢信号を形成し、
前記制御部が、前記Ｘ軸を前記第１及び第２の偏波の受信に無関係とした場合において、前記Ｙ軸の姿勢信号とＺ軸の姿勢信号との組合せに応じて、前記制御信号の基礎となる中間信号を形成し、前記中間信号と前記開閉信号とに基づいて前記制御信号を形成する
ことを特徴とする付記１２記載の無線機器。

（付記１４） 前記姿勢検出部が、前記Ｙ軸の姿勢信号とＺ軸の姿勢信号との組合せに応じて、前記パッチアンテナを前記第１及び第２の偏波のいずれに適した状態とすべきかを予め定めるテーブルを備え、前記テーブルに基づいて前記制御信号の基礎となる中間信号を形成する
ことを特徴とする付記１３記載の無線機器。

（付記１５） 前記Ｙ軸及びＺ軸の姿勢信号のいずれか一方は傾きの角度を１８０度ずつの２グループに分割され、他方は傾きの角度を９０度ずつ４グループに分割される
ことを特徴とする付記１４記載の無線機器。

（付記１６） 第１の筐体部と、
前記第１の筐体部に対して開閉可能な第２の筐体部と、
第１の偏波に対応する第１のアンテナエレメントと、
第２の偏波に対応する第２のアンテナエレメントと、
前記第１のアンテナエレメントおよび前記第２のアンテナエレメントに接続され、前記アンテナエレメントから受信した信号の処理を行う信号処理部と、
前記第１の筐体部と前記第２の筐体部との開閉状態を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記第２のアンテナエレメントと前記信号処理部との接続を切り替える切替部とを備えた
ことを特徴とする電子機器。

（付記１７） 前記切替部は、前記第２のアンテナエレメントと前記第１のアンテナエレメントとを接続するスイッチ素子により構成され、前記検出部による検出結果に応じてその導通・非導通が切り替えられる
ことを特徴とする付記１６記載の電子機器。

（付記１８） 所定の平面形状を有し、その外周に、径方向に沿って切込みが形成された第１のエレメントと、
第２のエレメントと、
前記第１のエレメントに接続された給電線と、
前記給電線を介して前記第１のエレメントに直流信号を印加する信号供給部と、
前記第１のエレメントと前記第２のエレメントの一端とを接続し、前記直流信号の印加によって導通するスイッチ素子と、
前記第２のエレメントの他端に接続され且つ接地される、直流信号成分を通過させる回路素子とを備えた
ことを特徴とするアンテナ。

（付記１９） 前記スイッチ素子はダイオードである
ことを特徴とする付記１８記載のアンテナ。

（付記２０） 前記スイッチ素子はトランジスタである
ことを特徴とする付記１８記載のアンテナ。

（付記２１） 所定の径を有する第１の導体と、
前記第１の導体に電気的に接続された場合に、前記第１の導体の実効的な径を増分させるように配置された第２の導体と、
前記アンテナが搭載された装置の状態を検出し、検出された状態に応じて検出信号を出力する検出手段と、
前記第１の導体と前記第２の導体との間に接続され、前記検出信号に応じて導通・非導通が切り替えられるスイッチ素子と備えた
ことを特徴とするアンテナ。

（付記２２） アンテナを有する電子機器において、
筐体と、
前記筐体に設けられたアンテナと、
前記電子機器の状態を検出する検出部とを有し、
前記アンテナは、
第１の導体部と、
前記第２の導体部と、
前記第１の導体部と前記第２の導体部とを接続し、導通状態と非導通状態とが切り替えられる切替部とを有し、
前記検出部による検出の結果、前記電子機器が第１の偏波を受信するに適している状態にある場合は前記切替部を非導通状態とし、前記電子機器が第２の偏波を受信するに適している状態にある場合には前記切替部を導通状態とする
ことを特徴とする電子機器。

以上、説明したように、本発明によれば、必要に応じて、当該パッチアンテナを、第１の偏波に適した状態、又は、第２の偏波に適した状態とすることができる。これにより、携帯電話のような無線機器において、その筐体の開閉状態に応じて円偏波の受信に最適となるようにパッチアンテナを制御して微弱な電波を少ないロスで確実に受信することができ、また、携帯電話のような小さい無線機器に実装することができるパッチアンテナを得ることができる。従って、無線機器のサイズを大型化することなく、ＧＰＳ衛星の電波を受信する機能を搭載することができ、ＧＰＳの適用範囲を拡大することができる。

本発明のパッチアンテナ及び無線機器の一例を示す構成図である。 図１のパッチアンテナを備える無線機器の一例である携帯電話を示す構成図である。 図１のパッチアンテナを備える無線機器の一例である携帯電話を示す構成図である。 円偏波の回転方向の説明図である。 本発明のパッチアンテナの一例を示す構成図である。 本発明のパッチアンテナの一例を示す構成図である。 本発明のパッチアンテナ及び無線機器の他の一例を示す構成図である。 図７の無線機器の一例である携帯電話を示す構成図である。 図７の無線機器の一例である携帯電話の説明図である。

符号の説明

１ 無線機器
２、２１、２２ 筐体
３ 回転支持部
４ パッチアンテナ
５ キャパシタ
６ 検出回路（ＲＦ）
７ 開閉検出部
４１ 第１エレメント
４２ 第２エレメント
４３ 切替部（ＰＩＮダイオード）
４６ チョークコイル
４７ 誘電体層
４８ 接地導体
４９ 給電線

Claims (3)

1. 開閉可能に設けられた第１及び第２筺体と、
   前記第１又は第２筺体のいずれかに設けられたパッチアンテナと、
   前記第１及び第２筐体の開閉状態を検出して前記開閉状態を示す開閉信号を形成する開閉検出部とを備え、
   前記パッチアンテナが、
   第１の偏波に対応する第１エレメントと、
   第２の偏波に対応して前記第１エレメントに付加される第２エレメントと、
   前記第２エレメントを前記第１エレメントから切断し又はこれへ接続することにより、前記パッチアンテナを前記第１又は第２の偏波に適した状態とする切替部とを備え、
   前記切替部が、前記第１及び第２エレメントの間を接続するスイッチ素子を含み、
   前記スイッチ素子が、そのカソードを前記第１エレメントに接続され、そのアノードを前記第２エレメントに接続されたダイオードを含み、
   前記第２エレメントが、チョークコイルを介して接地電位に接続され、
   前記開閉信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替え、
   前記第１及び第２筐体が開状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオフとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントから切断されて、前記パッチアンテナが前記第１の偏波に適した状態とされ、
   前記第１及び第２筐体が閉状態である場合、前記開閉信号により前記ダイオードをオンとすることにより、前記第２エレメントが前記第１エレメントへ接続されて、前記パッチアンテナが前記第２の偏波に適した状態とされる
   ことを特徴とする無線機器。
2. 前記無線機器は携帯電話からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の無線機器。
3. 前記無線機器が、更に、
   前記筐体の傾きを検出して前記傾きを示す姿勢信号を形成する姿勢検出部と、
   前記開閉信号と前記姿勢信号とに基づいて、前記切替部の制御信号を形成する制御部とを備え、
   前記制御信号に基づいて、前記切替部が、前記第２エレメントの前記第１エレメントからの切断及びこれへの接続を切り替える
   ことを特徴とした請求項１記載の無線機器。

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