JP5264372B2 - 携帯電話端末及びアンテナ整合方法 - Google Patents

Description

本発明は、整合回路を有する携帯電話端末及びその携帯電話端末におけるアンテナ整合方法に関する。

従来、携帯電話端末において、アンテナで受信する信号の反射を防いで電波を効率よく受信できるようにするために、アンテナと送受信回路との間に、アンテナと送受信回路との間のインピーダンスの整合をとる整合回路を挿入することが行われている。

また近年では、携帯電話端末に対する小型化の要求が高まってきており、それに伴ってアンテナも小型化されてきている。アンテナが小型化された場合には、人体等がアンテナの受信状況に与える影響も大きくなるため、姿勢状態に応じてはアンテナ特性が劣化してしまうという問題があった。このため、例えば通話中など、人体が携帯電話端末の近くに存在する場合には、アンテナの整合状態を通常の状態と異なるものに切り替えることも行われている。

特許文献１には、アンテナで受信した信号のレベルの大きさに応じて、複数の整合回路の中から、最良の通信状態が得られる整合回路を選択する技術について記載されている。
特開２００７−１４３０３１号公報

ところで、特許文献１に記載の技術のように、受信信号レベルの大きさに応じて整合回路の種類を切り替える場合には、整合回路の切り替え後に再度受信レベルの計測を行い、レベルが向上しているか否かを判断する処理が必要になる。整合回路を切り替えたことによって、却って受信状態が悪化してしまうということも起こりうるためである。

ところが、このような処理を行う場合には、受信レベルが所定の基準以上となるまでの間、何度も整合回路の切り替えを行わなければならないケースも生じうる。これによって、所望のアンテナ整合状態となるまでに時間がかかってしまうという問題もあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、携帯電話端末の姿勢状態に応じて最適な整合回路を選択することを目的とする。

本発明の携帯電話端末は、アンテナと、アンテナを通して基地局と無線の通信を行う送受信処理部と、装置の姿勢状態及び振動状態を検出する３軸加速度センサとを備えた。そして、３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検知され、かつ３軸加速度センサによって予め設定された所定の角度より当該携帯電話端末が垂直に近いと判断された場合に第１の整合回路をアンテナに接続し、３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検知され、かつ３軸加速度センサによって所定の角度より当該携帯電話端末が水平に近いと判断された場合に第２の整合回路をアンテナに接続し、３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検出されない場合には、第３の整合回路をアンテナに接続するようにした。第１の整合回路は、当該携帯電話端末が通話をしている状態に対応付けられた整合回路であり、第２の整合回路は、当該携帯電話端末が電子メールの送受信又はウェブの閲覧を行っている状態と対応付けられた整合回路であり、第３の整合回路は、当該携帯電話端末が前記人体と接触していない状態と対応付けられた整合回路である。

このようにしたことで、３軸加速度センサによって検出された姿勢状態及び振動状態によって、その姿勢状態及び振動状態で最もアンテナ特性がよくなるように設計された整合回路が選択されるようになる。

本発明によると、３軸加速度センサによって検出された姿勢状態及び振動状態によって、その姿勢状態及び振動状態で最もアンテナ特性がよくなるように設計された整合回路が選択されるため、携帯電話端末の姿勢状態や配置状態が異なる場合にも、それぞれの姿勢状態や配置状態においてインピーダンスの整合がとれるようになる。これにより、通話又は通信の状況を良好なものとすることができる。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

［携帯電話端末の構成例］
図１に示した携帯電話端末１００は、基地局との間で電波の送受信を行うアンテナ１と、アンテナ１によって受信された電波を復調する処理や、音声信号や画像信号を変調してアンテナ１に供給する処理を行う送受信処理部２を備える。また、姿勢状態検出部としての３軸加速度センサ３と、制御部４と、操作部５と、メモリ６と、表示部７と、スピーカ８と、マイクロフォン９と、音声処理部１０とを備える。

３軸加速度センサ３は、携帯電話端末１００の３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度を検出することにより、携帯電話端末１００の傾斜角や振動状態を得て、得た検出結果を制御部４に出力する。制御部４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成され、携帯電話端末１００内の各機能の制御を行う。制御部４は、３軸加速度センサ３から入力される検出結果の内容に応じて、後述する３つの整合回路の選択を切り替える処理も行う。この処理の詳細については後述する。

操作部５は、図示せぬキーやボタン等で構成され、ユーザより入力される操作に応じた操作信号を生成して制御部４に出力する。メモリ６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）よりなり、ＲＯＭには、例えば外部から受信した記憶する必要のあるデータ等が記憶される。ＲＡＭは、制御部４が制御処理を実行する場合のワークメモリとして使用されると共に、各種データが一時的に記憶される。

表示部７は、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等で構成され、電話の発信や着信に関する表示や、受信メールや送信メールの表示、インターネット（ウェブ）に接続してダウンロードした画像などの表示がされる。スピーカ８とマイクロフォン９とは音声処理部１０に接続してある。音声処理部１０は、アンテナ１が拾って得た音声データに変調処理を施してスピーカ８に供給したり、マイクロフォン９で得られた音声信号を送信用の音声データに変調して、変調された音声データを送受信処理部２に供給する処理を行う。

また、アンテナ１と送受信処理部２との間には、アンテナ１と送受信処理部２との間のインピーダンスの整合をとる整合回路を３つ設けてある。３つの整合回路とは、それぞれ、第１の整合回路１１、第２の整合回路１２、第３の整合回路１３である。第１の整合回路１１と第２の整合回路１２と第３の整合回路１３とは、切替回路１４によっていずれか１つが選択されるようになっている。切替回路１４は、第１の整合回路１１を選択するスイッチＳｗ１と、第２の整合回路１２を選択するスイッチＳｗ２と、第３の整合回路１３を選択するスイッチＳｗ３とからなる。いずれのスイッチＳｗが接続されるかは、制御部４から供給される制御信号によって定まる。

図２に、各整合回路の内部構成の例を示してある。第１の整合回路１１はコンデンサ１１Ｃとコイル１１Ｌとで構成され、第２の整合回路１２はコンデンサ１２Ｃとコイル１２Ｌとで構成され、第３の整合回路１３はコンデンサ１３Ｃとコイル１３Ｌとで構成される。それぞれの整合回路におけるコイルやコンデンサの値（定数）は、予めアンテナ１の入力インピーダンスＺａｎｔを計測しておき、得られた入力インピーダンスＺａｎｔと整合回路のインピーダンスＺｃｉｒが複素共役の関係になるような値に設定される。

第１の整合回路１１の定数は、図３Ａに示すように、携帯電話端末１００を用いて通話が行われている状態で測定したアンテナ１の入力インピーダンスＺａｎｔに基づいて決定される。通話が行われている状態とは、人の手によって携帯電話端末１００が保持されており、携帯電話端末１００が地面に対してある程度起きている（垂直である）状態を指す。

第２の整合回路１２の定数は、図３Ｂに示すように、携帯電話端末１００を用いて電子メールの送受信又はウェブの閲覧が行われている状態で測定したアンテナ１の入力インピーダンスＺａｎｔに基づいて決定される。電子メールの送受信又はウェブの閲覧が行われている状態とは、人の手によって携帯電話端末１００が保持されており、携帯電話端末１００が地面に対して通話時における姿勢状態よりは寝ている（水平に近い）状態を指す。つまり、携帯電話端末１００が斜めに傾斜した状態で静止している状態を指す。

なお、携帯電話端末１００が起きているか寝ているかは、３軸加速度センサ３によって検出された携帯電話端末１００の傾きが、予め閾値として設定しておいた角度より垂直に近いのか、あるいは水平に近いのかによって制御部４が判定している。つまり、携帯電話端末１００の傾きが所定の角度よりも垂直に近い場合には「起きている」と判断し、所定の角度よりも水平に近い場合には「寝ている」と判断している。

第３の整合回路１３の定数は、図３Ｃに示すように、携帯電話端末１００が机等の上に配置されている状態で測定したアンテナ１の入力インピーダンスＺａｎｔに基づいて決定される。机等の上に配置されている状態とは、主に待ち受けの状態を指し、携帯電話端末１００が人の手によって触れられていない状態を指す。

図４に、３軸加速度センサ３による携帯電話端末１００の姿勢検出方法の例を示してある。図４Ａに示すように、携帯電話端末１００の水平方向をＸ軸、水平方向をＹ軸、奥行き方向をＺ軸とした場合、各方向で検出される加速度（単位ｇ）と姿勢状態とを、予め図４Ｂに示すように定めておく。つまり、例えばＸ方向とＹ方向における加速度が共に≒０であり、Ｚ方向は１ｇである状態を、机上等に横置きされている姿勢状態（「寝ている」状態）と対応づけておく。Ｘ方向とＹ方向における加速度が共に≒０であり、Ｚ方向は１ｇである状態には、机上等に縦置きされている姿勢状態を対応させておく。また、Ｘ方向における重力加速度が≒０であり、Ｙ方向とＺ方向における加速度が＜１ｇである状態を、傾斜した状態で静止している姿勢状態と対応づけておく。

携帯電話端末１００の傾斜角は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちのいずれか２軸（Ｘ−Ｙ，Ｙ−Ｚ，Ｚ−Ｘ）での加速度のベクトル和を算出ことによって、求めることができる。例えばＹ方向の加速度が０．５ｇでありＺ方向の加速度も０．５ｇである場合は、各加速度のベクトル和は４５°となる。３軸加速度センサ３は、このようにして求めた傾斜角を用いて、携帯電話端末１００の姿勢状態が図３に示した３つの姿勢状態のいずれに該当するのかを判定している。

図５に、アンテナ１の入力インピーダンスＺａｎｔに基づいて、回路側インピーダンスＺｃｉｒを決定する処理の例を示してある。図５に示したのはスミスチャートであり、複素平面上の半径１の円で表される。中央には、測定の際の基準となるインピーダンスの実数値（５０Ω）が取られている。スミスチャートにおいては、縦軸（虚数軸）と横軸（実軸）によって位相のずれ具合が示され、中心点から円内の座標点までの距離によって反射の大きさが表される。

図５のスミスチャートには、通話中の状態で計測されたインピーダンスＺａｎｔ１と、電子メール送受信中又はウェブ閲覧中の状態で計測されたインピーダンスＺａｎｔ２と、机等に配置された状態で計測されたインピーダンスＺａｎｔ３がプロットされている。

通話中の状態で計測されたインピーダンスＺａｎｔ１と共役関係となるのは、実軸を挟んで反対側に位置するＺｃｉｒ１と示された点であり、Ｚａｎｔ１が例えば“１５＋ｊ１０”である場合には、Ｚａｎｔ１は“１５−ｊ１０”となる。同様に、電子メール送受信中又はウェブ閲覧中の状態で計測された入力インピーダンスＺａｎｔ２が“３５＋ｊ２２．５”である場合には、それと共役する位置にあるＺｃｉｒ２は、“３５−ｊ２２．５”となる。また、机等に配置された状態で計測された入力インピーダンスＺａｎｔ３が“６０＋ｊ４０”である場合には、それと共役する位置にあるＺｃｉｒ３は、“６０−ｊ４０”となる。

そして、求められた回路側のインピーダンスＺｃｉｒ１の値に基づいて第１の整合回路１１の常数を決定し、Ｚｃｉｒ２の値に基づいて第２の整合回路１２の常数を決定し、Ｚｃｉｒ３の値に基づいて第３の整合回路１３の常数を決定する。すなわち、第１の整合回路１１では、通話時に適したインピーダンス整合が行われ、第２の整合回路１２では、電子メールの送受信時又はウェブの閲覧時に適したインピーダンス整合が行われ、第３の整合回路１３では、机等に配置された状態に適したインピーダンス整合が行われるようになる。

［携帯電話端末の動作の例］
本実施の形態では、３軸加速度センサ３による検出された値に応じて、第１の整合回路１１と第２の整合回路１２と第３の整合回路１３とを切り替えて使用するようにしている。各整合回路の切り替えの指示は制御部４が行うものであり、図６に、制御部４による処理の例をフローチャートで示してある。

制御部４では、まず、３軸加速度センサ３から入力された検出結果が、携帯電話端末１００が振動していることを示すものであったか否かが判断される（ステップＳ１）。３軸加速度センサ３によって振動が検知されていない場合には、第３の整合回路１３を選択するための制御信号Ｃｓ３が、第３の整合回路１３と接続されたスイッチＳｗ３に供給される（ステップＳ２）。これにより、スイッチＳｗ３（図１，図２参照）の両端子が接続されて、机等に配置された状態に適したインピーダンスの整合を行う第３の整合回路１３が選択されるようになる。

ステップＳ１で、３軸加速度センサ３によって振動が検知されたと判断された場合には、携帯電話端末１００が縦向きであるか否かが判断される（ステップＳ３）。ステップＳ３において、携帯電話端末１００が縦向きであると判断された場合には、第１の整合回路１１を選択するための制御信号Ｃｓ１が出力される。その結果、スイッチＳｗ１の両端子が接続され、通話時に適したインピーダンスの整合を行う第１の整合回路１１が選択される。

一方、携帯電話端末１００が横向きであると判断された場合には、第２の整合回路１２を選択するための制御信号Ｃｓ２が出力される。その結果、スイッチＳｗ２の両端子が接続されて、電子メール送受信時又はウェブの閲覧時に適したインピーダンスの整合を行う第２の整合回路１２が選択される。

［実施の形態の効果］
本実施の形態によると、３軸加速度センサ３の検出結果に応じて、通話時の状態に適合させた第１の整合回路１１と、電子メール又はウェブ閲覧時の状態に適合させた第２の整合回路１２と、机等に置かれた状態に適合させた第３の整合回路１３のうちいずれかが選択されるようになる。これにより、通話時と、電子メール又はウェブ閲覧時と、待ち受け時など机に置かれている状態のそれぞれの状態において、最適な整合回路が選択されるため、アンテナ１の特性が向上するようになる。

従来のように、整合回路を１つのみとした場合には、整合回路の定数は、どのような姿勢状態だったとしてもそれなりの特性が得られるように設計されるのが通常である。この場合、例えば通話時にアンテナ特性がより良いものとなるように整合回路が設計されていれば、机等に置かれた状態や、電子メールの送受信時には、通話時と比べて受信状況が悪化してしまう。このため、携帯電話端末１００がそれらの姿勢状態（通話時以外の姿勢状態）である場合には、電波を受信しにくい弱電地域と呼ばれるような地域では、圏外となってしまうことも多かった。

これに対して本実施の形態による携帯電話端末１００では、例えば電子メールの送受信が行われている場合には、その姿勢状態において最もよい特性が得られるような第２の整合回路１２が選択されるようになる。同様に、携帯電話端末１００が机等に置かれている状態では、その姿勢状態において最もよい特性が得られるような第３の整合回路１３が選択される。これにより、従来であれば圏外となるような場所においても、アンテナバーが１本立つ程度の受信状況を得ることもできるようになる。

また、携帯電話端末１００の姿勢状態を検出する装置として３軸加速度センサ３を使用するため、携帯電話端末１００に予め３軸加速度センサ３が備えつけられている場合には、それをそのまま流用することができる。

また、３軸加速度センサ３の出力値を基準として整合回路を切り替えているため、受信レベルの大小に応じて整合回路を切り替える場合のように、受信状況を確認する処理を何度も行う必要が無くなる。

また、第１の整合回路１１と第２の整合回路１２と第３の整合回路１３における定数を、実際に計測したアンテナ１の入力インピーダンスに基づいて設定しているため、携帯電話端末１００の機種等によってアンテナ特性が異なる場合にも、携帯電話端末１００毎に最適な整合回路の定数を設定することができるようになる。

この場合、アンテナ１の入力インピーダンスの測定やそれに基づく整合回路の定数決定の処理は、例えば携帯電話端末１００の製造時に行う評価の一環として行うことができる。このようにすれば、この作業を行うための新たな工数を設ける必要がなくなる。

また、第１の整合回路１１と第２の整合回路１２と第３の整合回路１３とを、切替回路１４（スイッチＳｗ１，スイッチＳｗ２，スイッチＳｗ３）によって切り替える構成としてあるため、それぞれの状況に合わせてアンテナ１を複数本用意する必要がなくなる。これにより、設計の自由度を増大させたり、製造コストを低減させることができるようになる。

なお、ここまで説明した実施の形態では、基地局との間で無線通信を行う携帯電話端末を例に挙げたが、例えば無線ＬＡＮ等、ＩＰネットワークを介して通信や通話を行う携帯端末等に適用してもよい。

また、上述した実施の形態では、通話時と、電子メールの送受信時又はウェブの閲覧時と、机等に配置された時の３つの状態毎に整合回路を切り替える例を挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、姿勢状態の設定を２つや４つ等としてもよく、姿勢状態として、鞄等に入れられて持ち運ばれている状態等の他の状態を採用するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、携帯電話端末１００の姿勢状態を検出するために３軸加速度センサ３を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、地磁気センサ等の他のセンサを用いるようにしてもよい。

本発明の一実施の形態による携帯電話端末の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による整合回路の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による携帯電話端末の姿勢状態検出方法の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による携帯電話端末の姿勢状態の例を示す説明図であり、Ａは通話時の例を示し、Ｂは電子メール送受信時又はウェブの閲覧時の例を示し、Ｃは机等に置かれた状態の例を示す。 本発明の一実施の形態による各整合回路における定数の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による制御部における処理の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…アンテナ、２…送受信処理部、３…３軸加速度センサ、４…制御部、５…操作部、６…メモリ、７…表示部、８…スピーカ、９…マイクロフォン、１０…音声処理部、１１ 第１の整合回路、１１Ｃ…コンデンサ、１１Ｌ…コイル、１２…第２の整合回路、１２Ｃ…コンデンサ、１２Ｌ…コイル、１３…第３の整合回路、１３Ｃ…コンデンサ、１３Ｌ…コイル、１４…切替回路、１００…携帯電話端末、Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ３…制御信号、Ｓｗ１，Ｓｗ２，Ｓｗ３…スイッチ、Ｚａｎｔ…入力インピーダンス、Ｚｃｉｒ…回路側インピーダンス

Claims (3)

1. アンテナと、
   前記アンテナを通して基地局と無線の通信を行う送受信処理部と、
   装置の姿勢状態及び振動状態を検出する３軸加速度センサと、
   前記アンテナと前記送受信処理部との間でインピーダンスの整合をとる、それぞれが異なる定数を有する第１，第２，第３の整合回路と、
   前記３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検知され、かつ前記３軸加速度センサによって予め設定された所定の角度より当該携帯電話端末が垂直に近いと判断された場合に前記第１の整合回路を選択し、前記３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検知され、かつ前記３軸加速度センサによって前記所定の角度より当該携帯電話端末が水平に近いと判断された場合に前記第２の整合回路を選択し、前記３軸加速度センサによって当該携帯電話端末の振動が検出されない場合には、前記第３の整合回路を選択する制御部とを備え、
   前記第１の整合回路は、当該携帯電話端末が通話をしている状態に対応付けられた整合回路であり、
   前記第２の整合回路は、当該携帯電話端末が電子メールの送受信又はウェブの閲覧を行っている状態と対応付けられた整合回路であり、
   前記第３の整合回路は、当該携帯電話端末が人体と接触していない状態と対応付けられた整合回路である
   携帯電話端末。
2. 前記定数は、前記アンテナの入力インピーダンスと共役関係にあるインピーダンスを用いて算出される
   請求項１記載の携帯電話端末。
3. 第１，第２，第３の整合回路が選択的に接続されるアンテナを介して、送受信処理部が基地局と無線の通信を行うステップと、
   装置の姿勢状態及び振動状態を３軸加速度センサで検出するステップと、
   前記３軸加速度センサによって当該端末の振動が検知され、かつ前記３軸加速度センサによって予め設定された所定の角度より当該端末が垂直に近いと判断された場合に前記第１の整合回路を選択し、前記３軸加速度センサによって当該端末の振動が検知され、かつ前記３軸加速度センサによって前記所定の角度より当該端末が水平に近いと判断された場合に前記第２の整合回路を選択し、前記３軸加速度センサによって当該端末の振動が検出されない場合には、前記第３の整合回路を選択するステップとを含む
   アンテナ整合方法。

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