JP5601565B2

JP5601565B2 - 電波受信装置

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Publication number: JP5601565B2
Application number: JP2009532216A
Authority: JP
Inventors: 秀人柴生田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2014-10-08
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Description

本発明はＧＰＳ（Global Positioning System）に用いて好適な電波受信装置に関する。

ＧＰＳは地球を周回する複数の人工衛星（以下、ＧＰＳ衛星と称す）からの電波を利用して現在位置を特定するための３次元測位システムである。ＧＰＳでは、ＧＰＳ衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、予め備えた地図データと受信したＧＰＳ信号とを用いて自装置の位置を算出するＧＰＳ受信機を使用する。ＧＰＳ受信機は携帯電話機等の端末装置に搭載されてナビゲーションにも利用される。ＧＰＳを搭載した端末装置は、その位置を通信相手に簡易に伝えることができるため、事件や事故等の緊急事態の通報にも利用できる。米国では、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式の携帯電話機にＧＰＳ受信機を搭載し、Ｅ−９１１（Enhanced 911：拡張型緊急通報システム）への通報時に、ＧＰＳを利用して通報者の位置を特定するシステムが提案されている。また、物流監視やペット等の所在監視にもＧＰＳ受信機を搭載した端末装置を利用することが検討されており、ＧＰＳ受信機の小型化や軽量化が望まれている。

ＧＰＳの測位機能を十分に発揮させるには、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を安定して受信できる必要がある。そのため、ＧＰＳ受信機が備えるアンテナには高い利得が要求される。その一方、上述したようにＧＰＳ受信機を搭載する端末装置には小型化や軽量化が要望されているため、そのアンテナにも小型化が要求される。したがって、ＧＰＳ用のアンテナには小型化や薄型化を実現しつつ高い利得を得るための工夫が必要になる。

ＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を同時に受信する必要があるため、そのアンテナの利得は通信端末の周囲にできるだけ均等である（無指向性）ことが望ましい。

しかしながら、厳密な意味の無指向性アンテナは理論的に実現不可能であり、アンテナには方向（方角）による利得差が必ず生じる。また、理想的な無指向性に近いアンテナは全ての方向で利得が低下してしまう。

なお、本明細書では、「無指向性アンテナ」及び「指向性アンテナ」と記載するが、これらは指向性が比較的弱い（広い）アンテナと、指向性が比較的強い（狭い）アンテナという意味であり、無指向性アンテナと称しても理想的な無指向性アンテナを指しているわけではない。

ところで、ＧＰＳを利用するカーナビゲーションシステムでは、複数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できるように、天空方向に広い角度で比較的高い利得が得られるアンテナを選定し、該選定したアンテナを車両に取り付ければよい。例えば、薄い誘電体基板の一方の面に金属膜が形成され、他方の面にストリップ構造のアンテナ素子が形成されたパッチアンテナは、アンテナ素子が形成された面（主放射面）と垂直な方向に対して広い角度の指向性を有している。したがって、パッチアンテナを、主放射面が天空方向へ向くように、地面と水平となるように車体に取り付ければ、車両の向きに関係なくＧＰＳ信号を良好に受信できる。

本明細書では、無指向性アンテナとして、このパッチアンテナを例示する。これに対して、例えば逆Ｆアンテナは、パッチアンテナのように板状であるが、指向性が強く、板面を地面と水平となるように配置しても、その方角によってＧＰＳ衛星からの受信感度に差が生じる。そこで、本明細書では、指向性アンテナとして、この逆Ｆアンテナを例示する。

ＧＰＳを利用する機器は、例えばカーナビゲーションシステムを搭載した車両のように、地面と水平な方向に対して大きな角度で移動することがほとんど無い。そのため、パッチアンテナ等の無指向性アンテナは、一度地面と水平となるように取り付ければ、その後の位置調整は原則として不要である。さらに、パッチアンテナは主放射面にのみ指向性を有する半円状の放射パターンを備えているため、地面の方向に対する無駄な指向性を持たず、利得が非常に高いという利点がある。そのため、パッチアンテナは、ＧＰＳを利用する機器の小型アンテナとして多用されている。

一方、携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handy phone System）あるいはＰＤＡ（Personal Digital Assistants）のような小型で持ち運びを前提とした携帯型の端末装置は、使用状況に応じて装置本体の姿勢が変化する。

したがって、装置本体にパッチアンテナ等の平面状のアンテナを取り付けると、アンテナの姿勢も変化するため、ＧＰＳ衛星からの電波を良好に受信できる場合と電波をほとんど受信できない場合とがある。そのため、上記Ｅ−９１１のようなシステムでは、通報者の端末装置がＧＰＳ衛星からの電波を受信できないために、その位置を判別できない可能性がある。

そこで、複数のアンテナを折畳み式の携帯電話機の異なる位置にそれぞれ配置し、スイッチを用いて使用するアンテナを切り替える技術が、例えば特開２００２−３５４０７３号公報に記載されている。以下、この特開２００２−３５４０７３号公報に記載された技術を第１背景技術と称す。

第１背景技術の携帯電話機は、ディスプレイ等を備える上蓋と操作用のキー等が配置された下部筐体とを有し、下部筐体のヒンジ側端部にＣＤＭＡ方式による無線通信とＧＰＳで共用するポール状のアンテナが配置されている。また、第１背景技術の携帯電話機は、下部筐体または上蓋表面の所要の位置に、平面状のＧＰＳ用のアンテナが配置されている。

図１は第１背景技術の携帯電話機の構成を示す斜視図である。図１は、ユーザが携帯電話機１００の上蓋１０１を開いた状態で下部筐体１０２を手１０３で保持している様子を示している。このような折り畳み式の携帯電話機１００では、上蓋１０１を開いたとき、例えば下部筐体１０２のヒンジ１０４側端部に配置されたアンテナを上蓋１０１が覆ってしまう。そのため、図１ではＣＤＭＡ方式による無線通信とＧＰＳで共用する共用アンテナを図示していない。したがって、図１に示すような折り畳み式の携帯電話機１００では、上蓋１０１を開いているとき、下部筐体１０２のヒンジ１０４側端部に配置された共用アンテナがＧＰＳ衛星からの電波を受信するのに適していないという問題がある。

そこで、第１背景技術では、例えば上蓋１０１のディスプレイ１０５近傍にパッチアンテナからなるＧＰＳ用のアンテナ（ＧＰＳアンテナ１０６）を配置し、上蓋１０１を開いているときはＧＰＳアンテナ１０６を使用してＧＰＳ信号を受信するように不図示のスイッチで切り替えている。

一方、上蓋１０１を閉じた状態では、ＧＰＳアンテナ１０６が上蓋１０１によって覆われるが、下部筐体１０２のヒンジ１０４側端部に配置された共用アンテナが露出する。したがって、上蓋１０１を閉じているときは、共用アンテナを使用してＧＰＳ信号を受信するように不図示のスイッチで切り替えている。

しかしながら、第１背景技術では、図１に示す上蓋１０１がＧＰＳ信号の受信時に障害になるか否かという観点だけで２つのアンテナを切り替えているだけであり、アンテナの指向性については何等考慮していない。そのため、ユーザはＧＰＳ信号が良好に受信できるように携帯電話機１００の姿勢や方角を調整する必要があり、ＧＰＳの利用時に携帯電話機１００の使用方法が制限されてしまう問題がある。

そこで、ＧＰＳ信号が良好に受信できるようにアンテナの傾斜を調整することが、例えば特開２００４−３３６４５８号公報に記載されている。以下、この特開２００４−３３６４５８号公報に記載された技術を第２背景技術と称す。

第２背景技術のアンテナ装置は、平板状のアンテナが取り付けられた保持部材を保持する第１可動片と、第１可動片を仰角方向に回転自在に支持する第２可動片と、第２可動片を方位方向に回転自在に支持する筐体とを備えている。第２可動片は第１可動片の回転を特定仰角で停止することが可能であり、筐体は第２可動片の回転を特定方位角で停止することが可能である。

第２背景技術によれば、アンテナの仰角及び方角をそれぞれ調整できる。したがって、各種の使用状況に応じてアンテナの向き最適に変更できる。

しかしながら、第２背景技術のアンテナ装置は、仰角及び方角を調整する機構として、円筒状の容器内壁に回転軸を取り付け、この回転軸に平板状のアンテナが取り付けられた保持部材を揺動自在に取り付けると共に円筒状の容器をその中心軸を中心に回転自在に取り付ける構造を採用している。ここで、保持部材の揺動可能な角度の範囲を大きくするには、円筒状の容器を大きくする必要がある。そのため、第２背景技術のアンテナ装置は、アンテナの仰角及び方角を調整するために複雑な機構が必要であり、その駆動装置やセンサ等を含めると、装置全体が大型化する問題がある。また、第２背景技術のアンテナ装置では、複雑な機構を採用することで高価になってしまう。したがって、第２背景技術のアンテナ装置は、小型で比較的安価な携帯型の端末装置に採用することが困難である。

なお、携帯電話機等の端末装置では、装置本体の表面にパッチアンテナ等の平板状のアンテナを取り付けると、ディスプレイや操作用のキーの配置が制限されてしまう問題もある。

そこで、本発明は、装置本体表面の部品配置に影響を与えることなく、装置の姿勢に係わらず電波を良好に受信できる電波受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電波受信装置は、アンテナを、方角及び傾斜角を変更自在に保持する、装置本体に配置されたアンテナ保持部材と、
前記装置本体の姿勢の変化を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記装置本体の姿勢に応じて前記アンテナ保持部材の姿勢を制御する制御部と、
予め複数の電波発信源の方位及び傾斜角の情報が格納される記憶部と、
を有し、
前記アンテナは指向性が狭いアンテナであり、
前記制御部は、
前記記憶部に格納された複数の電波発信源の方位及び傾斜角の情報を順次読み出し、該読み出した情報を用いて複数の前記電波発信源の方位に順次前記アンテナの指向性が一致するように前記アンテナ保持部材の姿勢を制御し、
前記アンテナで受信した前記電波発信源毎の受信信号の信号対雑音比から所定のしきい値以上の受信信号を複数選択し、
該選択した受信信号を用いて現在位置を算出する構成である。

図１は第１背景技術の電波受信装置の構成を示す斜視図である。図２は第１の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図である。図３は図２に示した回転部を９０度回転させたときの様子を示す斜視図である。図４は第１の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。図５は第１の実施の形態の電波受信装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は第１の実施の形態の電波受信装置の処理手順の他の例を示すフローチャートである。図７は第２の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図である。図８は図７に示した回転部をスライドさせたときの様子を示す斜視図である。図９は第２の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。図１０は第２の実施の形態の電波受信装置の回路構成の変形例を示すブロック図である。図１１は第３の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図である。図１２は図１１に示した仰角変化装置の一構成例を示す斜視図である。図１３は第３の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。図１４は第３の実施の形態の電波受信装置の処理手順の変形例を示すフローチャートである。図１５は第４の実施の形態の携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。図１６は図１５に示したアンテナ水平機構の一構成例を示す斜視図である。図１７は第４の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。図１８は第４の実施の形態の電波受信装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図２は第１の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図であり、図３は図２に示した回転部を９０度回転させたときの様子を示す斜視図である。

第１の実施の形態では、ＧＰＳ衛星等からの電波を受信する電波受信装置として、図２に示す第１の本体部２０１と第２の本体部２０２とがヒンジ機構２０３で開閉自在に連結された折り畳み式の携帯電話機２００を例にして説明する。

第１の本体部２０１は、ヒンジ機構２０３で第２の本体部２０２と連結される基部２０５と、基部２０５に対して回転自在に取り付けられた回転部２０６とを備えている。

基部２０５には、その中央近傍に不図示の回転軸を備え、該回転軸に回転部２０６を取り付けることで、図３に示すように回転部２０６を基部２０５に対して約９０度回転させることができる。

回転部２０６にはディスプレイ２１１及びスピーカ２１２が設けられている。また、回転部２０６には、第１の逆Ｆアンテナ２２１、第２の逆Ｆアンテナ２２２、アンテナ切替器２１８、ＧＰＳ制御部２１６及び磁気センサ２１３を備えた回路基板２１５が内蔵されている。

第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２は、指向性を示す放射パターンの方角が異なるアンテナであり、例えばそれぞれの指向性が直交するように配置されている。

ＧＰＳ制御部２１６は、第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号を用いて現在位置の演算に必要な各種の情報を出力する。

アンテナ切替器２１８は、携帯電話機２００の動作全般を制御する不図示の制御部からの指示にしたがって第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ制御部２１６へ供給する。

磁気センサ２１３は、基部２０５に対して回転部２０６が回転していない状態にあるか、９０度回転した状態にあるかを検出するためのものである。磁気センサ２１３は、例えば図２に示すように長方形状の回路基板２１５のうち、第１の逆Ｆアンテナ２２１が配置された一方の角部と短辺を共通にする他方の角部近傍に埋設されている。磁気センサ２１３の出力は上記制御部に供給される。基部２０５には、回転部２０６が回転していない状態の磁気センサ２１３の位置に対応して、磁石２２５が埋設されている。

図４は第１の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。

図４に示すように、ＧＰＳ制御部２１６は、帯域通過フィルタ２３１、低雑音アンプ２３２及び信号解析部２３３を備えている。

帯域通過フィルタ２３１は、アンテナ切替器２１８から出力された、第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号の帯域を制限する。

低雑音アンプ２３２は、帯域通過フィルタ２３１から出力されたＧＰＳ信号を、制御部２３５から指示された増幅率で増幅する。

信号解析部２３３は、低雑音アンプ２３２で増幅されたＧＰＳ信号から現在位置の算出（以下、位置測定と称す）に必要な各種の情報を抽出して携帯電話機２００の動作全般を制御する制御部２３５へ出力すると共に、ＧＰＳ信号の受信レベルが位置測定可能なレベルであるか否かを判定し、その判定結果であるＧＰＳ判別信号（ディジタル信号）を制御部２３５に出力する。ＧＰＳ信号の受信レベルが位置測定可能なレベルであるか否かは、例えばＧＰＳ信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）や受信データの誤り率等で判断できる。

ＧＰＳ信号から抽出した現在位置の算出用いる各種の情報並びにＧＰＳ判別信号は、データ転送のための標準フォーマットであるＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）メッセージを用いて制御部２３５へ供給される。ＮＭＥＡメッセージには、受信可能なＧＰＳ衛星の数、ＧＰＳ衛星毎の仰角（度）、ＧＰＳ衛星毎の方位（度）、ＧＰＳ衛星毎の受信信号のＳＮＲ値（デシベル）の情報が含まれる。制御部２３５は、例えばＧＰＳ衛星毎のＳＮＲ値を比較し、これらの中から位置測定に使用する複数のＧＰＳ信号を選択できる。

制御部２３５は、所定の制御プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２３６と、該制御プログラムが格納されたメモリ２３７とを備えている。

制御部２３５は、ＧＰＳ制御部２１６から受信した情報を用いて自装置の現在位置を算出する。また、制御部２３５は、磁気センサ２１３が磁石２２５（図３）の磁気を検出しているか否かによって回転部２０６（図２）の回転の有無を判別する。具体的には、磁気センサ２１３が磁気を検出しているときは図２に示すように回転部２０６が回転していない状態であり、磁気センサ２１３が磁気を検出していないときは図３に示すように回転部２０６が９０度回転している状態である。

さらに、制御部２３５は、磁気センサ２１３による磁気の検出結果にしたがってアンテナ切替器２１８を制御することで、第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ制御部２１６へ供給する。このとき、制御部２３５は、メモリ２３７に予め格納された第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の受信感度の情報を用いて、アンテナを切り替えても信号解析部２３３へ供給されるＧＰＳ信号のレベルが変化しないように低雑音アンプ２３２の増幅率を制御する。これは、第１の逆Ｆアンテナ２２１と第２の逆Ｆアンテナ２２２とが仮に同一の特性であり、回路基板２１５（図２）内に正確に９０度の関係で配置されていても、回転部２０６の表面に配置された部品の影響により第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の放射パターンや受信感度が異なってしまうからである。第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の放射パターンや受信感度に影響を与える部品としてはディスプレイ２１１や電池がある。放射パターンや受信感度の情報は、例えば工場出荷時にメモリ２３７に書き込まれる。

なお、アンテナの放射パターンや受信感度は、家庭内や事務所に設置されたテレビジョン受像機等の電気製品によっても影響されることがある。したがって、携帯電話機２００は、ユーザの操作により、位置情報に対応するアンテナ毎の放射パターンや受信感度等の情報がメモリ２３７に格納できるようにしておくことが好ましい。その場合、制御部２３５はＧＰＳ信号から現在位置を算出すると、該位置情報を基に該当する受信感度等の情報をメモリ２３７から読み出すことで活用できる。

図４に示すように、携帯電話機２００には水晶発信器２３４を備え、水晶発信器２３４で生成されたクロックが信号解析部２３３、制御部２３５及びその他のクロックを必要とする回路へ供給される。

図５は第１の実施の形態の電波受信装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。図５はＧＰＳ機能を利用する方向設定モードにおける携帯電話機２００の処理手順を示している。

ユーザは、携帯電話機２００をどの方角に向けたときにＧＰＳをより良好に利用できるかを調べるとき、所定の操作により携帯電話機２００を方向設定モードに設定する。携帯電話機２００が方向設定モードに設定されると、ＧＰＳ制御部２１６に電力が供給され、制御部２３５はＧＰＳ制御部２１６から出力されるＧＰＳ判別信号を含むＮＭＥＡメッセージを取り込むことができる（ステップＳ３０１）。

制御部２３５は、ＧＰＳ制御部２１６からＧＰＳ判別信号を取得すると、該ＧＰＳ判別信号により受信したＧＰＳ信号が位置測定可能なレベルにあるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。

制御部２３５は、アンテナ切替器２１８により、回転部２０６が図２に示す状態にあるときは第１の逆Ｆアンテナ２２１で受信したＧＰＳ信号を選択し、回転部２０６が図３に示す状態にあるときは第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号を選択する。

ＧＰＳ信号が位置測定可能なレベルにあるとき、制御部２３５はディスプレイ２１１にＧＰＳによる位置測定が可能であることを示すマーク（アイコン）を表示すると共にＧＰＳ信号の受信レベルを数値で表示する（ステップＳ３０３）。ＧＰＳ信号の受信レベルを数値で表示することで、ユーザは該数値によりＧＰＳ信号をより安定して受信できる最適な方角や姿勢を容易に探すことができる。なお、受信レベルは棒グラフや色を変化させる等の他の手法で表示してもよい。

ＧＰＳ信号が位置測定可能なレベルにない場合、制御部２３５はディスプレイ２１１に位置測定が不可であることを示すマーク（アイコン）を表示すると共に受信レベルを数値で表示する（ステップＳ３０４）。この場合、ユーザは、受信レベルがより大きな値になるように、携帯電話機２００の方角や姿勢を変化させればよい。

ステップＳ３０３あるいはステップＳ３０４の処理が終了すると、制御部２３５は、方向設定モードの終了が指示されているか否かを判定し（ステップＳ３０５）、方向設定モードの終了が指示されている場合は処理を終了する。また、方向設定モードの終了が指示されていない場合は、ステップＳ３０１の処理へ戻ってステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理を繰り返す。

以上の処理によれば、ユーザは、携帯電話機２００が備えるＧＰＳ機能を活用するとき、位置測定に最適な方角や姿勢、あるいは位置測定が可能な方角や姿勢を容易に判別できる。

図６は第１の実施の形態の電波受信装置の処理手順の他の例を示すフローチャートである。図６はユーザがＧＰＳ機能を利用するために回転部を回転させた場合の携帯電話機の処理手順を示している。

図６に示すように、制御部２３５は、磁気センサ２１３が磁気の変化を検出したか否かを判定する（ステップＳ３２１）。磁気の変化を検出した場合、制御部２３５は、その変化後に磁気が検出されているか否かを判定する（ステップＳ３２２）。

磁気が検出されていない場合、磁気センサ２１３が基部２０５に埋設された磁石２２５から離れたことを意味するため、回転部２０６は図３に示したように基部２０５に対して９０度回転した状態にある。この場合、制御部２３５は、アンテナ切替器２１８に第２の逆Ｆアンテナ２２２を選択するための切替信号を送信し、第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ制御部２１６へ出力させる。また、制御部２３５は、メモリ２３７から第２の逆Ｆアンテナ２２２の受信感度の情報を読み出し、第１の逆Ｆアンテナ２２１から第２の逆Ｆアンテナ２２２へ切り替えることでＧＰＳ信号の受信レベルが大きく変化しないように低雑音アンプ２３２の増幅率を変化させる（ステップＳ３２３）。

ステップＳ３２２の処理で磁気が検出されている場合、磁気センサ２１３が基部２０５に埋設された磁石２２５の近傍にあることを意味するため、回転部２０６は図２に示したように基部２０５に対して回転していない状態にある。この場合、制御部２３５は、アンテナ切替器２１８に第１の逆Ｆアンテナ２２１を選択するための切替信号を送信し、第１の逆Ｆアンテナ２２１で受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ制御部２１６へ出力させる。また、制御部２３５は、メモリ２３７から第１の逆Ｆアンテナ２２１の受信感度の情報を読み出し、第２の逆Ｆアンテナ２２２から第１の逆Ｆアンテナ２２１へ切り替えることでＧＰＳ信号の受信レベルが大きく変化しないように低雑音アンプ２３２の増幅率を変化させる（ステップＳ３２４）。

ステップＳ３２３あるいはステップＳ３２４の処理が終了すると、制御部２３５は、リターンヘ移行して（ステップＳ３２１の処理へ戻って）ステップＳ３２１〜Ｓ３２４の処理を繰り返す。

以上の処理によれば、携帯電話機２００は、ユーザが回転部２０６を基部２０５と直交するように回転させる操作と元に戻す操作とを繰り返しても、ＧＰＳ信号を継続して受信できる。

第１の実施の形態によれば、携帯電話機２００の回転部２０６に指向性の方角が異なる第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２を配置し、基部２０５に対する回転部２０６の状態に応じて使用するアンテナを切り替えることで、ユーザが携帯電話機２００の方向や姿勢を一度適正に調整すれば、その後はディスプレイ２１１を回転させても、ＧＰＳ信号が受信できなくなる不具合や受信レベルが大きく低下する不具合が解消される。そのため、携帯電話機２００の操作性の悪化が防止される。

また、第１の実施の形態の携帯電話機２００では、アンテナが露出していないため、アンテナの破損が防止されると共に、該アンテナがディスプレイ２１１等の他の部品の配置の邪魔になることがない。そのため、これらの部品の配置面積を十分に確保できる。

（第２の実施の形態）
図７は第２の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図であり、図８は図７に示した回転部をスライドさせたときの様子を示す斜視図である。なお、図７及び図８に示す構成要素のうち、図１及び図２に示した携帯電話機と同一の構成要素については同一の符号を付与し、その説明は適宜省略する。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ＧＰＳ衛星等からの電波を受信する電波受信装置として、図７に示す第１の本体部２０１Ａと第２の本体部２０２とがヒンジ機構２０３Ａで開閉自在に連結された折り畳み式の携帯電話機２００Ａを例にして説明する。

第２の実施の形態の携帯電話機２００Ａでは、長方形状のディスプレイ２１１を縦に使用する場合、図７に示すように回転部２０６Ａを基部２０５Ａと重なる位置に配置する。一方、ディスプレイ２１１を任意の角度で使用する場合、図８に示すように回転部２０６Ａを基部２０５Ａ上の第２の本体部２０２から最も離れる位置までスライドさせ、その位置で回転部２０６Ａを回転させる。図８ではディスプレイ２１１を１８０度回転させた様子を示している。

本実施形態の回路基板２１５Ａは、第１の実施の形態で示した磁気センサ２１３に代えて加速度センサ４０１を備え、該加速度センサ４０１を用いて回転部２０６Ａの回転角を検出する。

図９は第２の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。なお、図９に示す各構成要素のうち、図４に示した携帯電話機と同一の構成要素については同一の符号を付与し、その説明は適宜省略する。

制御部２３５Ａは、メモリ２３７Ａに予め格納された第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の放射パターンを参照し、加速度センサ４０１で検出された回転部２０６Ａの回転角に応じて位置測定に用いるアンテナを選択し、選択したアンテナで受信したＧＰＳ信号がＧＰＳ制御部２１６Ａへ供給されるようにアンテナ切替器２１８を切り替える。

第１の実施の形態の携帯電話機２００では、図２及び図３で示したように回転部２０６が回転していないか（図２）９０度回転しているか（図３）によって、ＧＰＳ制御部２１６へ供給するＧＰＳ信号の受信アンテナを第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２に切り替えていた。

第２の実施の形態の携帯電話機２００Ａでは、第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の放射パターンに基づき、ＧＰＳ制御部２１６Ａへ供給するＧＰＳ信号の受信アンテナを第１の逆Ｆアンテナ２２１または第２の逆Ｆアンテナ２２２に切り替える。したがって、第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２の放射パターンによっては、例えば回転部２０６Ａの回転角が９０度よりも小さい角度でアンテナを切り替える場合や９０度よりも大きい角度でアンテナを切り替える場合がある。

図１０は第２の実施の形態の電波受信装置の回路構成の変形例を示すブロック図である。なお、図１０に示す各構成要素のうち、図９に示した携帯電話機と同一の構成要素については同一の符号を付与し、その説明は適宜省略する。

図１０に示す携帯電話機２００Ｂは、第１の逆Ｆアンテナ２２１と第２の逆Ｆアンテナ２２２とを用いてダイバーシチ受信を行う構成である。

第１の逆Ｆアンテナ２２１で受信したＧＰＳ信号は、ＧＰＳ制御部２１６Ｂの帯域通過フィルタ２３１_１を通過した後、低雑音アンプ２３２_１で増幅され、第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号は、ＧＰＳ制御部２１６Ｂの帯域通過フィルタ２３１_２を通過した後、低雑音アンプ２３２_２で増幅される。低雑音アンプ２３２_１及び２３２_２で増幅されたＧＰＳ信号は信号解析部２３３Ｂでそれぞれ解析される。

信号解析部２３３Ｂは、第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号を、回転部２０６Ａの回転角に応じた割合で用いることで解析を行う。メモリ２３７Ｂには、制御部２３５Ｂによる、第２の実施の形態の変形例の処理で必要な制御プログラムが格納されている。

携帯電話機２００Ｂは、第１の逆Ｆアンテナ２２１及び第２の逆Ｆアンテナ２２２で受信したＧＰＳ信号をそれぞれ利用するため、ＮＭＥＡメッセージには、上述した衛星番号、仰角（度）、方位（度）、ＳＮＲ値（デシベル）等に加えてＧＰＳ信号に対応するアンテナ番号が含まれる。

なお、図１０に示す携帯電話機２００Ｂでは図９に示したアンテナ切替器２１８が不要になるが、帯域通過フィルタ２３１及び低雑音アンプ２３２を２組用意する必要がある。そのため、図１０に示す構成は、許容される携帯電話機の消費電力やパッケージサイズ等を考慮して採用するか否かを決定すればよい。
（第３の実施の形態）
図１１は第３の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図であり、図１２は図１１に示した仰角変化装置の一構成例を示す斜視図である。なお、図１１に示す各構成要素のうち、図２に示した携帯電話機と同一の構成要素については同一の符号を付与し、その説明は適宜省略する。

第３の実施の形態では、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、ＧＰＳ衛星等からの電波を受信する電波受信装置として、図１１に示す第１の本体部２０１Ｃと第２の本体部２０２とがヒンジ機構２０３Ｃで開閉自在に連結された折り畳み式の携帯電話機２００Ｃを例にして説明する。

携帯電話機２００Ｃは、第１の本体部２０１Ｃの角部に仰角変化装置５０１が内蔵された構成である。仰角変化装置５０１は、アンテナの方角及び仰角を携帯電話機２００Ｃの姿勢に応じて補正する装置である。

図１２に示すように、仰角変化装置５０１には、円盤載置面５０５上に配置された中空の円盤５０３を備えている。円盤５０３は、第１の本体部に内蔵されたモータ等の円盤駆動源５０６と軸５０２で結合され、軸５０２を中心に回動可能である。円盤５０３の上面にはヒンジ機構５１０で連結された第１の直方体部材５０８及び第２の直方体部材５０９から成る開閉部材５１１が配置されている。第１の直方体部材５０８の下面は円盤５０３の上面に固設されている。

第１の直方体部材５０８の、ヒンジ機構５１０と対向する端部近傍には、上下方向に貫通する円筒状の穴が設けられ、該穴の内壁に形成されたネジ山（不図示）にネジ５１３が螺合されている。ネジ５１３の上端部は第２の直方体部材５０９の下面に当接している。

ネジ５１３の上端部は磁化され、これによりネジ５１３の上端部と鉄製の第２の直方体部材５０９の下面とが磁気力で吸着する。ネジ５１３の下端部は円盤５０３に内蔵された不図示のネジ駆動源と接続されている。

第２の直方体部材５０９は、その下面が露出するように直方体状のアンテナモジュール５１４と一体的に形成されている。アンテナモジュール５１４内には、主放射面がアンテナモジュール５１４の上面と平行になるように配置された、不図示のパッチアンテナが封入されている。なお、パッチアンテナは、アンテナモジュール５１４の上面に固定されていてもよく、第２の直方体部材５０９の上面に固定されていてもよい。第２の直方体部材５０９とネジ５１３の上端部とを磁気力で吸着するのは、ネジ５１３の上下運動にアンテナモジュール５１４を常に追随させるためである。

図１３は第３の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。

図１３に示すように、仰角変化装置５０１は、図１２に示した円盤５０３を回転させる円盤駆動源５２１と、ネジ５１３を回転させるネジ駆動源５２２とを備えている。円盤駆動源５２１には円盤駆動源５２１を駆動するための円盤駆動ドライバ回路５２３が接続され、ネジ駆動源５２２にはネジ駆動源５２２を駆動するためのネジ駆動ドライバ回路５２４が接続されている。

円盤駆動ドライバ回路５２３及びネジ駆動ドライバ回路５２４には、円盤駆動源５２１及びネジ駆動源５２２の動作を制御するための制御信号が制御部２３５Ｃから供給される。

制御部２３５Ｃには加速度センサ４０１の検出値が入力され、制御部２３５Ｃは該検出値から図１２に示した円盤載置面５０５の傾斜角を判別できる。

図１２に示したアンテナモジュール５１４に収容されたパッチアンテナ５３１で受信したＧＰＳ信号は、ＧＰＳ制御部２１６Ｃの帯域通過フィルタ２３１Ｃを通過した後、低雑音アンプ２３２Ｃで増幅されて信号解析部２３３Ｃで解析される。

パッチアンテナ５３１は、上述したように、その板状の一方の面（主放射面）の方向では無指向性アンテナと見なすことができる。一方、図１１に示した携帯電話機２００Ｃは、その姿勢によってパッチアンテナ５３１の主放射面が水平面に対して傾斜し、その方角も変動する。

制御部２３５Ｃは、加速度センサ４０１で検出された円盤載置面５０５の傾斜角に応じて仰角変化装置５０１の円盤５０３及びネジ５１３を駆動し、パッチアンテナ５３１が水平となるようにアンテナモジュール５１４の傾斜角を制御する。制御部２３５Ｃは、メモリ２３７Ｃに格納された制御プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ２３６で実現できる。

第３の実施の形態によれば、携帯電話機２００Ｃの姿勢が変化してもパッチアンテナ５３１が水平に保たれるため、ＧＰＳ信号を安定して受信できる。

なお、上述した第３の実施の形態では、パッチアンテナ５３１を水平に保つよう制御する例を示しているが、複数のＧＰＳ衛星の方位及び傾斜角の情報を予めメモリ２３７Ｃに格納しておけば、それらの情報を用いて各ＧＰＳ衛星の方向へアンテナを指向させることも可能である。その場合、パッチアンテナ５３１に代えて逆Ｆアンテナのような比較的指向性の強いアンテナを使用しても複数のＧＰＳ衛星からの電波をそれぞれ受信できる。

また、複数のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号が受信可能であり、それらのＧＰＳ信号から任意のＧＰＳ信号を選択して現在位置を算出する場合、予めＧＰＳ信号のＳＮＲ値に所定のしきい値を設定し、該しきい値よりもＳＮＲ値が大きいＧＰＳ信号を選択する制御も可能である。

図１４は第３の実施の形態の電波受信装置の処理手順の変形例を示すフローチャートである。なお、図１４は逆Ｆアンテナ等の指向性の強いアンテナを使用してＧＰＳを利用して現在位置を算出するときの処理手順を示している。

なお、図１４は、図１３に示したパッチアンテナ５３１に代えて逆Ｆアンテナを備えた携帯電話機の処理の一例を示している。その他の構成は図１３に示した携帯電話機２００Ｃと同様である。

図１４に示すように、制御部２３７Ｃは、まずその時点で存在するｍ個のＧＰＳ衛星の番号を示す変数ｉの値を「１」に初期化する（ステップＳ５５１）。

次に、制御部２３７Ｃは、第ｉのＧＰＳ衛星の方位の情報をメモリ２３７Ｃから読み出す（ステップＳ５５２）。メモリ２３７Ｃには、予め各ＧＰＳ衛星のそれぞれの方位のデータ（演算結果）が格納されているものとする。

制御部２３７Ｃは、第ｉのＧＰＳ衛星の方位にアンテナの指向性が一致するように仰角変化装置５０１を制御し（ステップＳ５５３）、第ｉのＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信する（ステップＳ５５４）。

次に、制御部２３７Ｃは、変数ｉの値が「ｍ」以上であるか否かを判定する（ステップＳ５５５）。変数ｉの値が「ｍ」より小さい場合は、変数ｉの値に「１」を加算し（ステップＳ５５６）、ステップＳ５５２の処理に戻ってステップＳ５５２〜Ｓ５５５の処理を繰り返す。

変数ｉの値が「ｍ」以上の場合、制御部２３７Ｃは、第１のＧＰＳ衛星〜第ｍのＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号のうち、ＳＮＲ値が予め設定されたしきい値よりも大きいＧＰＳ信号を抽出する（ステップＳ５５７）。

続いて、制御部２３７Ｃは、ステップＳ５５７で抽出したＧＰＳ信号の総数が現在位置の演算で必要な数以上であるか否かを判別し（ステップＳ５５８）、演算で必要な数以上の場合は、ステップＳ５５７で抽出したＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出し（ステップＳ５５９）、処理を終了する。

一方、電波環境が悪化している場合やノイズ等によって仰角変化装置５０１が良好に制御されていない場合、しきい値よりも大きいＧＰＳ信号の総数が現在位置の演算に必要な数よりも少なくなることがある。そのような場合、制御部２３７ＣはステップＳ５５１の処理に戻ってステップＳ５５１〜Ｓ５５８の処理を繰り返す。
（第４の実施の形態）
図１５は第４の実施の形態の電波受信装置の外観の一例を示す斜視図であり、図１６は図１５に示したアンテナ水平機構の一構成例を示す斜視図である。なお、図１５に示す各構成要素のうち、図２に示した携帯電話機と同一の構成要素については同一の符号を付与し、その説明は適宜省略する。

第４の実施の形態では、第１の実施の形態〜第３の実施の形態と同様に、ＧＰＳ衛星等からの電波を受信する電波受信装置として、図１５に示す第１の本体部２０１Ｄと第２の本体部２０２とがヒンジ機構２０３Ｄで開閉自在に連結された折り畳み式の携帯電話機２００Ｄを例にして説明する。

図１５に示す携帯電話機２００Ｄは、第１の本体部２０１Ｄの角部にアンテナ水平機構６０１が内蔵される構成である。アンテナ水平機構６０１は、アンテナの方角及び仰角を携帯電話機２００Ｃの姿勢に応じて補正する装置である。なお、図１５に示す携帯電話機２００Ｄでは、第１の本体部２０１Ｄにアンテナ水平機構６０１が搭載されておらず、アンテナ水平機構６０１が搭載される部位にアンテナ水平機構６０１と接続される本体側接続コネクタ６０２のみが設置された様子を示している。

図１６に示すように、アンテナ水平機構６０１は、アルコールあるいは粘性を持つオイル等の液体６１２が収容された直方体状の密閉容器６１１を備え、該液体６１２内にアンテナモジュール６１３が浮いている構造である。

アンテナモジュール６１３には、主放射面がアンテナモジュール６１３の上面と平行になるように不図示のパッチアンテナが埋設されている。

パッチアンテナには同軸ケーブル６１５が接続され、同軸ケーブル６１５は、アンテナモジュール６１３の下面から液体６１２中に引き出されて、その端部がモジュール側接続コネクタ６１６と接続されている。

アンテナモジュール６１３は、同軸ケーブル６１５に影響されることなく、その上面が液体６１２の表面とほぼ同一面を形成するように液体６１２中に浮いている。ここで、携帯電話機２００Ｄが静止しているとき、液体６１２の表面は常に水平となる。

したがって、アンテナモジュール６１３は、図１５に示した携帯電話機２００Ｄがどのような姿勢にあっても、該携帯電話機２００Ｄが静止している状態であれば常に水平を保っている。そのため、アンテナモジュール６１３内に備えるパッチアンテナによりＧＰＳ信号を良好に受信できる。

図１７は第４の実施の形態の電波受信装置の回路構成例を示すブロック図である。

第４の実施の形態の携帯電話機２００Ｄでは、上述したように、携帯電話機２００Ｄが静止しているとき、アンテナ水平機構６０１に内蔵されたパッチアンテナ６５１が水平を維持している。したがって、第１の実施の形態〜第３の実施の形態のように、センサを用いて携帯電話機２００Ｄの方角や姿勢を検出したり制御部２３５Ｄによってアンテナを切り替えたりアンテナの方角や仰角を制御する必要がない。

しかしながら、第４の実施の形態の携帯電話機２００Ｄでは、液体６１２中に浮いたアンテナモジュール６１３の姿勢が安定している状態で、受信したＧＰＳ信号を用いて現在位置を算出する必要がある。そのため、制御部２３５Ｄは、不図示のセンサ等を用いて携帯電話機２００Ｄの姿勢の変化を検出し、姿勢の変化を検出した場合は、これにより生じる液体６１２の液面の振動がある程度収まった後、ＧＰＳ信号を用いて位置測定を開始する。

ところで、携帯電話機では、ユーザの指示により、あるいは所定の制御プログラムにしたがって各種のアプリケーションソフトウェアが起動する。これらのアプリケーションソフトウェアのうち、例えばユーザが目的地へ到達するのを支援するアプリケーションソフトウェア等はＧＰＳを利用する。どのアプリケーションソフトウェアでＧＰＳを利用するかは、制御部が備えるメモリに予め記録されているものとする。

以下、起動したアプリケーションソフトウェアによってＧＰＳ機能で用いる各回路への電力の供給／停止を制御するための手順について図１８を用いて説明する。

図１８は第４の実施の形態の電波受信装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

図１８に示すように、制御部２３５Ｄは、アプリケーションソフトウェアの起動指示の有無を監視し（ステップＳ７０１）、アプリケーションソフトウェアの起動が指示されると、メモリ２３７Ｄに記録された情報を参照して該アプリケーションソフトウェアがＧＰＳを利用するか否かを判定する（ステップＳ７０２）。起動したアプリケーションソフトウェアがＧＰＳを利用しない場合はリターンに移行し、ステップＳ７０１から再び処理を開始する。

一方、起動したアプリケーションソフトウェアがＧＰＳを利用する場合、制御部２３５Ｄは、ＧＰＳ制御部２１６Ｄを含むＧＰＳ機能で用いる全ての回路（ＧＰＳシステム）へ既に電力が供給されているか否かを判別する（ステップＳ７０３）。ＧＰＳを利用する他のアプリケーションソフトウェアによって既にＧＰＳシステムへ電力が供給されている場合はリターンへ移行する（ステップＳ７０１へ戻る）。

ＧＰＳシステムへ電力が供給されていない場合、制御部２３５Ｄは、ＧＰＳシステムへ電力を供給し、起動したアプリケーションソフトウェア用にＧＰＳ信号を取得する（ステップＳ７０４）。このように必要なときにのみＧＰＳシステムへ電力を供給することで、携帯電話機２００Ｄ（図１５）の消費電力を節約できる。

ステップＳ７０１の処理において、アプリケーションソフトウェアの起動指示が無い場合、制御部２３５Ｄは、アプリケーションソフトウェアの終了指示があるか否かを判定する（ステップＳ７０５）。アプリケーションソフトウェアの終了が指示されていない場合はステップＳ７０１の処理へ戻る。

また、アプリケーションソフトウェアの終了が指示されている場合、制御部２３５Ｄは、ＧＰＳを利用する他のアプリケーションソフトウェアが起動中であるか否かを判定する（ステップＳ７０６）。ＧＰＳを利用する他のアプリケーションソフトウェアが起動中である場合はリターンへ移行する。

ＧＰＳを利用する他のアプリケーションソフトウェアが起動していない場合は、ＧＰＳシステムの各回路に対する電力の供給を停止する（ステップＳ７０７）。

第４の実施の形態によれば、携帯電話機２００Ｄの姿勢が変化してもパッチアンテナ６５１を常に水平に保つことができるため、ＧＰＳ信号を安定して受信できる。

また、アプリケーションソフトウェアの起動／停止と連動してＧＰＳを利用するときのみＧＰＳシステムを起動するため、携帯電話機２００Ｄの消費電力を節約できる。

なお、上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態並びにその変形例では、電波受信装置として携帯電話機を例にして説明したが、本発明は、ＰＨＳやＰＤＡ等の他の携帯用の端末装置にも適用できる。

また、上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態並びにその変形例では、指向性アンテナとして逆Ｆアンテナを例示し、無指向性アンテナとしてパッチアンテナを例示したが、指向性アンテナや無指向性アンテナはこれらに限定されるものではなく、その他の各種のアンテナを用いる場合も、その指向性の広さに応じた最適な構成を選択すればよい。

さらに、上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態並びにその変形例では、電波受信装置としてＧＰＳ衛星からの電波を受信する機器を例にして説明したが、本発明は比較的高い高度から到来する電波を受信する機器にも適用できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

この出願は、２００７年９月１３日に出願された特願２００７−２３７４２５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

アンテナを、方角及び傾斜角を変更自在に保持する、装置本体に配置されたアンテナ保持部材と、
前記装置本体の姿勢の変化を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記装置本体の姿勢に応じて前記アンテナ保持部材の姿勢を制御する制御部と、
予め複数の電波発信源の方位及び傾斜角の情報が格納される記憶部と、
を有し、
前記アンテナは指向性が狭いアンテナであり、
前記制御部は、
前記記憶部に格納された複数の電波発信源の方位及び傾斜角の情報を順次読み出し、該読み出した情報を用いて複数の前記電波発信源の方位に順次前記アンテナの指向性が一致するように前記アンテナ保持部材の姿勢を制御し、
前記アンテナで受信した前記電波発信源毎の受信信号の信号対雑音比から所定のしきい値以上の受信信号を複数選択し、
該選択した受信信号を用いて現在位置を算出する電波受信装置。