JP5790869B2

JP5790869B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP5790869B2
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Inventors: 南雲　正二; 正二南雲; 正中里; 中尾　元保; 元保中尾; 雄二新冨
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Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2015-10-07
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Description

この発明は、例えば携帯電話端末に備えられるアンテナ装置に関するものである。

人体近接など周囲の影響でずれたアンテナマッチングをその都度補正するようにしたアンテナ装置が特許文献１に開示されている。
図１３は特許文献１に示されているアンテナ装置の一つの構成図である。図１３（Ａ）はアンテナ装置全体の構成図、図１３（Ｂ）は容量−電圧変換回路の基本形を示す図である。

図１３（Ａ）において、アンテナ素子２１と給電回路４０との間の伝送経路である無線通信信号経路に可変マッチング回路３０が設けられている。容量検出回路６０は容量−電圧変換回路（Ｃ−Ｖ変換回路）を構成していて、人体近接により生じた浮遊容量の変化を電圧値変化に変換して出力する。フィードバック制御回路７０は容量検出回路６０から出力される電圧に基づいて可変マッチング回路３０に制御信号を与える。

図１３（Ｂ）において、検出対象容量Ｃｓに対して局部発振器ＯＳＣが直列接続されている。オペアンプＯＰの非反転入力端子には基準電位Ｖｒｅｆ１が印加される。そのため、検出対象容量Ｃｓと帰還容量Ｃｆとの接続点Ｐ５の電位（オペアンプＯＰの入力電圧）は検出対象容量に応じた電位となる。局部発振器ＯＳＣの発振周波数は、無線通信信号の周波数帯に比較すれば殆ど直流に近い低周波である。

国際公開第２０１１／０２４５０６号

図１３（Ｂ）に示した容量検出回路６０では、アンテナの等価容量Ｃｓと帰還容量Ｃｆとの分圧信号を増幅する構成であるので、図１３（Ｂ）の点Ｐ５は直流的には浮いている。そのため、電圧を確定するために、局部発振器ＯＳＣには極低周波の信号を発生する必要がある。ところが、この極低周波の信号が高周波回路側に回り込み、無線通信に対するノイズとなり、通信品質を劣化させるおそれがある。また、一般に周囲環境には極低周波のノイズが溢れているので、容量検出時に外部の低周波ノイズの影響を受けると、容量の測定精度が低下するおそれもある。さらに、微小信号を増幅するオペアンプブロックは必然的に回路のバラツキが発生し、ノイズを増幅してしまうため、ＩＣ化するのは困難である。

そこで、この発明の目的は、極低周波の信号を用いることによる問題、環境ノイズの影響、微小信号増幅に伴う問題を解消しつつ、アンテナ特性を変化させる周囲環境を検出して、アンテナ特性を適宜補正し、常に安定したアンテナ特性を維持するアンテナ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）アンテナ素子と、前記アンテナ素子と給電部との間に接続されるアンテナ整合回路と、前記アンテナ素子に接続され、前記アンテナ素子の浮遊容量を検出する容量検出回路と、前記容量検出回路の出力信号に応じて前記アンテナ整合回路を制御するフィードバック制御回路と、を備え、
前記容量検出回路は、定電流源と、この定電流源からアンテナに電荷を充電し所定電圧に達するまでの時間を計時する計時手段と、で構成されたことを特徴とする。

上記構成により、極低周波の信号を用いる必要がなく、環境ノイズの影響を受けにくく、ＩＣ化が容易となる。

（２）前記アンテナ素子と前記アンテナ整合回路との間の伝送経路である無線通信信号経路に接続され、無線通信信号を通し、直流を遮断するリアクタンス素子（Ｃｐ）と、前記アンテナ整合回路と前記リアクタンス素子（Ｃｐ）との間で、前記無線通信信号経路に対してシャントに接続されたリアクタンス素子（Ｌｓ）と、を備えることが好ましい。

この構成により、リアクタンス素子（Ｃｐ）に接地電位を与えることで、定電流源からの充電による容量測定を、アンテナの浮遊容量の測定に適用でき、アンテナ整合回路とも併存できる。

（３）前記アンテナ素子と前記整合回路との間の伝送経路である無線通信信号経路に接続され、無線通信信号を通し、直流を遮断するリアクタンス素子（Ｃｐ）を備え、前記アンテナ整合回路は、シャントに接続されたリアクタンス素子（Ｌ１）を含む構成であってもよい。

（４）前記アンテナ整合回路は、前記無線通信信号経路にシリーズに接続された可変容量素子（Ｃｖ）と、この可変容量素子に対して並列に接続されたインダクタ（Ｌｐ）とを備えることが好ましい。

この構成により、直列リアクタンスを可変するアンテナ直下に可変容量素子（Ｃｖ）を挿入する構成であっても、すなわちアンテナ整合回路が可変整合回路であっても、アンテナの浮遊容量測定に適用でき、アンテナ整合回路とも併存できる。

（５）前記アンテナ素子と前記容量検出回路との間の伝送経路（であるセンシング信号経路）に、前記アンテナ素子に給電される又は前記アンテナ素子から伝送される無線通信信号の流入を阻止するフィルタ回路（リアクタンス素子Ｌｂ又はローパスフィルタ）が設けられていることが好ましい。

この構成により、無線通信信号の影響を受けずに容量検出ができる。

（６）前記容量検出回路および前記フィードバック制御回路は単一のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成されていることが好ましい。

この構成により、小型で特性ばらつきの少ないアンテナ装置が構成できる。

（７）前記アンテナ素子は、前記アンテナ整合回路のアンテナ接続部に接続可能な複数種のアンテナ素子（一切の整合回路を含まないアンテナ素子［所望の周波数帯にもってくる装荷リアクタンスは含む］と基板のグランド電極とで構成される擬似ダイポール）のうち、前記アンテナ素子の単体で放射Ｑの良好なアンテナ素子とする。
この構成により、放射Ｑの良好なアンテナを前記アンテナ整合回路に接続することによって、効率の高いアンテナ装置が構成できる。

（８）前記複数種のアンテナ素子の選択条件は、前記アンテナ素子に対する給電点の位置、及び前記アンテナ素子に対する前記容量検出回路の接続位置を含む。
これにより、放射Ｑの良好なアンテナ素子を容易且つ確実に選定でき、高効率なアンテナ装置が構成できる。

この発明によれば、極低周波の信号を用いる必要がなく、環境ノイズの影響を受けにくく、ＩＣ化が容易となる。

図１（Ａ）はアンテナ素子２１と基板のグランド電極５１との間に形成される電界を電気力線で模式的に表した図である。図１（Ｂ）はアンテナ装置に人体の一部が近接した状態を示す図である。図２は浮遊容量又はその変化を検出する容量検出回路６０を備えたアンテナ装置の構成を示す図である。図３は、容量検出回路６０、フィードバック制御回路７０、及び可変マッチング回路３０の作用について示す図である。図４は、図２に示したアンテナ装置の主要部の等価回路図である。図５はＡＳＩＣ内の容量検出回路の構成を示す図である。図６はＩＮ端子の電圧の推移について示す図である。図７（Ａ），図７（Ｂ）は二つのアンテナ装置の具体的な構造を示す分解斜視図である。図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図９は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１０は第４の実施形態のアンテナ装置におけるＡＳＩＣ内の容量検出回路の構成を示す図である。図１１（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１１（Ｂ）は第５の実施形態の比較例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１２は第６の実施形態に係るアンテナ装置の二つの構成を示す図である。図１３は特許文献１に示されているアンテナ装置の一つの構成図であり、図１３（Ａ）はアンテナ装置全体の構成図、図１３（Ｂ）は容量−電圧変換回路の基本形を示す図である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るアンテナ装置について、図１〜図７を参照して説明する。
アンテナ素子２１と基板のグランド電極５１との間には、図１（Ａ）中に電気力線で模式的に表わされるように電界が形成される。無線通信信号のような高周波では前記電界が交番することで電磁波が外界に放射される。直流ではいわゆる静電界を形づくる。

図１（Ａ）の右側には、アンテナ素子２１と基板のグランド電極５１とによって擬似ダイポールが構成されていることを表している。

アンテナ素子２１と基板のグランド電極５１とは、前記電気力線で繋がれたコンデンサにおける対向導体とみなせ、その容量は共振周波数を決定する、いわゆる浮遊容量でもある。

図１（Ｂ）は前記アンテナ装置に人体の一部が近接した状態を示している。このように電界中に人体（掌や指）が近接すると、（人体は高抵抗率の誘電体であるため）電気力線は人体に引き寄せられるように入射［終端］し、アンテナ素子２１と基板のグランド電極５１との間（図１（Ｂ）中の端子Ｐ１−Ｐ２間）の容量（浮遊容量）は増加することになる。等価的には、コンデンサ電極間に誘電体を挿入した状態である。

このように、人体の近接度と浮遊容量の変化との間には密接な関係がある。この関係を人体近接のセンシングに用い、且つ、アンテナ素子を、無線通信信号の電磁波の送受と人体近接の検知の２つの機能のために用いる（兼用する）。

図２は前記浮遊容量又はその変化を検出する容量検出回路６０を備えたアンテナ装置の構成を示す図である。
図２において、アンテナ素子２１とグランド電極５１との間に浮遊容量Ｃａが生じている。容量検出回路６０はこの浮遊容量Ｃａを検出する。アンテナ素子２１と給電回路４０との間の伝送経路である無線通信信号経路にアンテナ整合回路である可変マッチング回路３０が設けられている。可変マッチング回路３０はローバンドとハイバンドの二つの周波数帯域についてマッチングするReconfigurableなマッチング回路である。フィードバック制御回路７０は容量検出回路６０による検出結果に基づいて、すなわち浮遊容量Ｃａに応じて可変マッチング回路３０に制御信号を与える。

また、アンテナ素子２１と可変マッチング回路３０との間の伝送経路である無線通信信号経路にキャパシタ（リアクタンス素子）Ｃｐが設けられている。このキャパシタＣｐは、無線通信信号を通し、直流を遮断する。また、アンテナ素子２１と容量検出回路６０との間の伝送経路であるセンシング信号経路にインダクタ（リアクタンス素子）Ｌｂが設けられている。このインダクタＬｂはアンテナ素子２１に給電される又はアンテナ素子２１から伝送される無線通信信号の流入を阻止する。さらに、可変マッチング回路３０とキャパシタＣｐとの間で、無線通信信号経路に対してインダクタＬｓがシャントに接続されている。このインダクタＬｓはキャパシタＣｐに接地電位を与える。後に示すように、このことで、容量検出回路６０による容量検出が可能となる。

図２において、容量検出回路６０およびフィードバック制御回路はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１００に構成されている。

図３は、容量検出回路６０、フィードバック制御回路７０、及び可変マッチング回路３０の作用について示す図である。図３において横軸は周波数、縦軸はリターンロスである。この例では、ローバンドとハイバンドの２つの周波数帯の何れかで通信を行うアンテナ装置であり、周波数０（静電界）又は周波数０付近の低周波信号を浮遊容量の検出のために使用する。

アンテナ装置に人体が近接して浮遊容量が変化（増大）すると、ローバンド及びハイバンドでのアンテナマッチングが不整合状態になろうとする（リターンロスが悪化する）。しかし、前記容量検出回路６０は前記浮遊容量の増大に応じた電圧を出力し、フィードバック制御回路７０は前記浮遊容量の増大に応じた制御電圧を可変マッチング回路３０へ与える。これにより、可変マッチング回路３０はその回路定数が変化して、適正なマッチング状態に戻る（適正なマッチング状態が維持される）。

図３において、ローバンドのリターンロス波形ＲＬＬ０は適正なマッチングによりリターンロス波形ＲＬＬ１のようにAdjustされ、同様に、ハイバンドのリターンロス波形ＲＬＨ０は適正なマッチングによりリターンロス波形ＲＬＨ１のようにAdjustされる。

図４は、図２に示したアンテナ装置の主要部の等価回路図である。図４と図２とで対応する素子には同一符号を付している。ＡＳＩＣ１００はＩＮ端子とＧＮＤ端子との間の容量を検出する。このＩＮ端子の内部に設けられている入力抵抗Ｒｉｎおよび入力容量Ｃｉｎはローパスフィルタを構成している。このローパスフィルタによって無線通信信号の入力は遮断される。また、ＩＮ端子の内部には、後に示すように定電流回路やコンパレータが接続されている。

図４において、給電回路４０および浮遊容量Ｃａを除く回路部分は容量検出を行うＡＳＩＣ搭載モジュール“Ｍ”であり、給電回路４０および浮遊容量ＣａはＡＳＩＣ搭載モジュールが組み込まれる端末側の回路“Ａ”である。

図５は前記ＡＳＩＣ内の容量検出回路の構成を示す図である。図４に示したように、キャパシタＣｐの給電回路４０寄りにインダクタＬｓがシャント接続されているので、ＡＳＩＣのＩＮ端子の外部には、等価的に（直流的に）キャパシタＣｐおよび浮遊容量Ｃａが並列に接続されている。ＩＮ端子の電圧はＡＳＩＣ１００内部のコンパレータ１０１に入力される。このコンパレータ１０１の入力部（ＩＮ端子）にはスイッチＳＷ１の第１端、スイッチＳＷ２の第１端がそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ１の第２端には定電流源１０４が接続されていて、スイッチＳＷ２の第２端はグランド電位に接続されている。コンパレータ１０１の基準電圧入力部には基準電圧Ｖｒが入力される。コンパレータ１０１はカウンタ１０２へSTOP信号を与える。トリガー回路１０３はカウンタ１０２へSTART信号を与える。カウンタ１０２はSTART信号が有効（assert）になってからクロック信号CKのカウントを開始し、STOP信号が有効（assert）になった時点でカウントを停止する。

ＡＳＩＣ１００にはスイッチＳＷ１，ＳＷ２に対し制御信号を与えるスイッチ制御回路が設けられている。このスイッチ制御回路は、トリガー回路１０３が発生するSTART信号が有効になったときスイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフし、また、コンパレータ１０１の出力が反転したときスイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンする。

また、ＡＳＩＣ１００には、トリガー回路１０３の制御およびカウンタ１０２のカウント値を読み出して、その値に応じて前記可変マッチング回路（３０）へ制御電圧を出力するフィードバック制御回路７０が構成されている。

電荷Ｑ、容量Ｃ、充電電圧Ｖとの間にはＱ＝ＣＶの関係があり、その時間微分ｉ＝Ｑ／ｄｔ＝ＣＶ／ｄｔであり、キャパシタ（Ｃａ＋Ｃｐ）に定電流源からチャージするとＩＮ端子電圧Ｖｉｎは、時間Ｔに比例して上昇する。Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｐの場合のＶがＶｒに到る時間ＴからＣ＝Ｃｐの場合のそれ（既知）との差分からＣａを算出することができる。

モジュールの治具上等で、アンテナ素子２１の浮遊容量ＣａのキャパシタンスＣａを０とし、アンテナ素子２１の浮遊容量Ｃａの代わりに、容量Ｃｋが既知であるコンデンサを接続した場合の時間Ｔの増分ΔＴ（＝ΔＴｋ）を測定し、ΔＴｋ：ΔＴ＝Ｃｋ：Ｃａの関係から、アンテナ素子２１の浮遊容量Ｃａを算出する。

次に、その具体例を示す。図６は前記ＩＮ端子の電圧の推移について示す図である。図６において、タイミングt00でSTART信号が有効（assert）になったとき、スイッチＳＷ１がオン、ＳＷ２がオフになるので、図５に示したキャパシタＣｐ，Ｃａの並列接続回路は定電流源１０４で充電が開始される。その後、ＩＮ端子の電圧ＶｉｎはキャパシタＣｐ，Ｃａの合成容量に応じた傾きSa1で上昇する。タイミングt11でＶｉｎが基準電圧Ｖｒに達したとき、コンパレータ１０１の出力が反転し、STOP信号が有効になって、カウンタ１０２はカウントを停止する。STOP信号が有効になったことにともない、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンして、キャパシタＣｐ，Ｃａの電荷は放電され、Ｖｉｎは急速に０となる。

図６中に示すように、仮に浮遊容量ＣａのキャパシタンスＣａが０であれば、Ｖｉｎは傾きSpで上昇、タイミングt10でカウントが停止する。したがって、t10に相当するカウント値と、t11に相当するカウント値との差の値がアンテナ素子の浮遊容量Ｃａに相当する値である。この浮遊容量Ｃａが増大すれば、ＶｉｎがＶｒに達するタイミングはt12で示すように遅れ、カウンタ１０２のカウント値が増加する。このようにして、アンテナ素子の浮遊容量Ｃａのキャパシタンスに相当する値をカウンタの値によって求める。

フィードバック制御回路７０は、次の表１に示すようなテーブルデータを参照してアンテナ素子の浮遊容量Ｃａのキャパシタンスに応じた、可変マッチング回路に対して与える制御信号（電圧）を求める。

ここで、可変マッチング回路には２つの可変容量素子を備えている。表１に示すように、通信帯域に応じて複数のテーブルがある。各テーブルには、アンテナ素子の浮遊容量の値Ｃａのしきい値を基に、前記粗調整用可変容量素子に関する制御値（Channel1）および前記微調整用可変容量素子に関する制御値（Channel2）を読み出せるように構成されている。なお、当然ながら、可変マッチング回路に設ける可変容量素子は２つに限定されない。

可変マッチング回路の可変容量素子はディジタル値を入力して容量値を定める素子である。フィードバック制御回路７０は、端末からの通信システム情報に応じてテーブルを選択し、テーブルから読み出したChannel1およびChannel2の値を粗調整用可変容量素子および微調整用可変容量素子へ与える。

図７（Ａ），図７（Ｂ）は二つのアンテナ装置の具体的な構造を示す分解斜視図である。アンテナ装置の構成部品の配置の立体性からバネ端子や接触ピンなどのインターフェースで繋ぐ必要性が生じる可能性があるが、図７（Ａ），図７（Ｂ）はその例を示すものである。

図７（Ａ）の例では、金属板を折り曲げ加工したアンテナ素子２１Ａを用い、これを、基板３１Ａに形成したアンテナ接続部３２に半田付けし、あるいはバネ性接触させ、その上部を筐体５０で覆うようにしている。アンテナ素子２１Ａ及び基板３１Ａの端部は、筐体５０の形状に合わせて無駄な空間が生じないような形状にしている。なお、この例では、前記容量検出回路６０、フィードバック制御回路７０及び可変マッチング回路３０をモジュール化したアンテナマッチングモジュール８０が基板３１Ａに実装されている。

図７（Ｂ）の例では、基板３１Ｂに対してピン状のアンテナ接続部３２Ｂを取り付け、筐体５０の内面にアンテナ素子２１Ｂを設け、基板３１Ｂに対して筐体５０を被せた状態でアンテナ接続部３２Ｂがアンテナ素子２１Ｂにバネ性接続されるようにしている。このようにしてアンテナ素子を筐体の一部に設けたものにも適用できる。

その他にも、基板の非グランド領域にアンテナ素子を直接形成して、基板側にアンテナ素子を構成するようにしてもよい。

なお、アンテナ素子の配置位置が基板のグランド電極形成領域内とグランド電極形成領域外（グランド電極非形成領域）のどちらであっても、本発明は適用できる。

また、以上に示した例ではアンテナ素子をプレーンな板として表現したが、パターニングの有無は問わない。センシングに使用する周波数帯は実質的に０（直流）であるので、アンテナ素子にチューニングパターンなどを施しても、センシングに使用する周波数帯ではアンテナ素子は浮遊容量の対向導体として作用するだけである。

前記アンテナ素子のパターンニングとしては、例えばスリットを形成したり、分岐形状にしたりすることによって、基本波と高調波の両方で共振させるようにしたもの、アンテナ素子中にリアクタンス素子を挿入して複数のバンドに共振点を有させたもの、給電素子と無給電素子とに分割したものなどであってよい。

容量検出回路の接続対象は、無給電素子や、ダイバーシチ用アンテナ、システムの異なる周波数帯に対応するアンテナ（例えばBluetooth（登録商標）やWLAN用アンテナ）、という具合に広く応用が可能である。

前記可変マッチング回路は、二つの周波数帯で広帯域な２共振特性を有しつつ、周囲環境に応じてマッチングを調整するものであったが、本発明はこれに限らない。例えば、
（１）１共振であるもの、
（２）π型／Ｔ型のような回路構成で可変リアクタンス素子を包含するもの（Reconfigureの観点がないもの）、
（３）複数のマッチング回路を予め準備しておき、人体近接の程度に対応して、経路選択でマッチング回路を切り替える、
などに適用してもよい。

また、Reconfigure対象はローバンド［例えばGSM（登録商標）800／900］とハイバンド［例えばDCS／PCS／UMTS］の場合に限らない。もっと別のシステム（WLAN／Bluetooth（登録商標）／WiMAX（登録商標）など）をカバーしたものであってもよいし、五つのバンド（Pentaband）をもっと細かい分割でカバーする場合もあり得る（このとき準備する容量値は細かく設定されることとなる）。

《第２の実施形態》
図８は第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

アンテナ素子２１と容量検出回路６０との間の伝送経路であるセンシング信号経路にインダクタ（リアクタンス素子）Ｌｂ以外にローパスフィルタＬＰＦが設けられている。このローパスフィルタＬＰＦは、インダクタＬｂだけを設けた場合に比べて、アンテナ素子２１に給電される又はアンテナ素子２１から伝送される無線通信信号の流入をより強く減衰させる。

また、この図８に示す例では、可変マッチング回路３０に、無線通信信号経路に対してインダクタＬ１がシャントに接続されている。このインダクタＬ１はキャパシタＣｐに接地電位を与える。このように、シャント接続するインダクタは可変マッチング回路３０内の一部であってもよい。

なお、アンテナ素子２１の浮遊容量Ｃａに対して、ローパスフィルタＬＰＦのキャパシタＣｂが並列に接続されることになるので、容量検出回路６０はこれらの合成容量（Ｃａ＋Ｃｐ＋Ｃｂ）を検出することになる。しかし、キャパシタＣｐ，Ｃｂの容量Ｃｐ，Ｃｂは一定であるので、合成容量（Ｃａ＋Ｃｐ＋Ｃｂ）の変化分を、アンテナ素子２１の浮遊容量Ｃａの値Ｃａの変化分として検出できる。

《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

図９において、インダクタＬｂおよびキャパシタＣｂはローパスフィルタを構成し、キャパシタＣｐおよびインダクタＬｐはハイパスフィルタを構成している。このローパスフィルタとハイパスフィルタとでダイプレクサ９０を構成している。ローパスフィルタのインダクタＬｂはアンテナ素子２１に給電される又はアンテナ素子２１から伝送される無線通信信号の流入を阻止する。ハイパスフィルタのキャパシタＣｐは無線通信信号を通し、直流を遮断する。またインダクタＬｐはキャパシタＣｐに接地電位を与える
このようにして、インダクタＬｂおよびキャパシタＣｐはダイプレクサの一部として捉えることもできる。

《第４の実施形態》
図１０は第４の実施形態のアンテナ装置におけるＡＳＩＣ内の容量検出回路の構成を示す図である。

第１の実施形態で図４に示した例では、インダクタＬｓがＡＳＩＣ搭載モジュール“Ｍ”側に設けたが、図１０に示すように、インダクタＬｓは端末側の回路“Ａ”に設けられていてもよい。すなわち、ＡＳＩＣ搭載モジュール“Ｍ”が組み込まれる端末側に、インダクタＬｓを含む可変マッチング回路が設けられてもよい。

《第５の実施形態》
図１１（Ａ）は第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１１（Ｂ）はその比較例である。

可変マッチング回路３０の構成において、直列リアクタンスを変化させるために、図１１（Ｂ）に示すように、アンテナ素子２１の直下に可変容量素子Ｃｖが設けられた場合、可変容量素子Ｃｖの容量値が一定ではないのでアンテナ素子２１の浮遊容量Ｃａの容量が判らなくなる。図１１（Ａ）に示すように、可変容量素子Ｃｖに並列にインダクタＬｐを接続する。この構成により、インダクタＬｐはインダクタＬ１と共にキャパシタＣｐの接地接続のための経路として作用する。このインダクタＬｐは可変容量素子Ｃｖの値に影響を与えない程度の非常に大きなインダクタンス値であってもよいし、可変容量素子Ｃｖと共に並列回路としてのリアクタンス値を持っていてもよい。

《第６の実施形態》
第６の実施形態では、放射Ｑの良いアンテナの選択について示す。
結論としては、この発明のアンテナ装置の効率は、アンテナ素子の単体（アンテナ素子と輻射に寄与するグランド電極とを含んだ、擬似ダイポールとしてのアンテナ）での放射Ｑに依存する。但し、前記アンテナ素子単体には、共振周波数を所望の周波数帯に定める装荷リアクタンスは含む。また、容量検出回路が装荷された状態である。

前記アンテナ素子にはできる限り放射Ｑの良いもの（Ｑ値の小さなもの）を選択すべきである。そのことにより、構造体スペースの限られた条件下でアンテナ効率及び周波数帯域幅を最大限に引き出すことができる。

ここでいう「選択」とは、アンテナの放射Ｑの素性を吟味することは勿論であるが、センシング信号経路の設置がアンテナの放射Ｑに悪影響を与えないよう留意することも含んでいる。

第６の実施形態では、この効果を実験的に検証するものである。
図１２はその２種類のアンテナ装置の構成図である。図１２（Ａ）は第１の実施形態で既に示したアンテナ装置である。図１２（Ｂ）は、センシング信号経路ＰＷ２を無線通信信号経路ＰＷ１から大きく離れた位置に配置した例である。

図１２（Ｂ）のような配置では、容量検出回路６０は外界への放射先に置かれた阻害物となる。結局のところ、放射Ｑが最適に設定された擬似ダイポールの構成において、センシング信号経路ＰＷ２が無線通信信号経路と一体である（したがって、無線通信信号経路ＰＷ１とセンシング信号経路ＰＷ２とが途中で分岐される構造）か、波長に比してほぼ一体に見えるくらいに、無線通信信号経路ＰＷ１とセンシング信号経路ＰＷ２とが近接している構造が好ましい。

Ｃａ…アンテナ素子の浮遊容量
Ｃｂ…キャパシタ
Ｃｐ…キャパシタ（リアクタンス素子）
Ｃｖ…可変容量素子
Ｌ１…インダクタ
Ｌｂ…インダクタ（リアクタンス素子）
Ｌｐ，Ｌｓ…インダクタ
ＬＰＦ…ローパスフィルタ
ＯＰ…オペアンプ
ＰＷ１…無線通信信号経路
ＰＷ２…センシング信号経路
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
２１，２１Ａ，２１Ｂ…アンテナ素子
３０…可変マッチング回路
３１Ａ，３１Ｂ…基板
３２，３２Ｂ…アンテナ接続部
４０…給電回路
５０…筐体
５１…グランド電極
６０…容量検出回路
７０…フィードバック制御回路
８０…アンテナマッチングモジュール
９０…ダイプレクサ
１００…ＡＳＩＣ
１０１…コンパレータ
１０２…カウンタ
１０３…トリガー回路
１０４…定電流源

Claims

アンテナ素子と、前記アンテナ素子と給電部との間に接続されるアンテナ整合回路と、前記アンテナ素子に接続され、前記アンテナ素子の浮遊容量を検出する容量検出回路と、前記容量検出回路の出力信号に応じて前記アンテナ整合回路を制御するフィードバック制御回路と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ整合回路との間の伝送経路である無線通信信号経路に接続され、無線通信信号を通し、一方端が直流的に接地されたキャパシタンス素子と、
を備え、
前記容量検出回路は、定電流源と、この定電流源から、前記アンテナ素子の浮遊容量と前記キャパシタンス素子との並列接続回路に電荷を充電し所定電圧に達するまでの時間を計時する計時手段と、で構成されたことを特徴とするアンテナ装置。
前記アンテナ整合回路と前記キャパシタンス素子との間で、前記無線通信信号経路に対してシャントに接続されたリアクタンス素子を備えた、請求項１に記載のアンテナ装置。
前記シャントに接続されたリアクタンス素子は前記アンテナ整合回路に備えられる、請求項２に記載のアンテナ装置。
前記アンテナ整合回路は、前記無線通信信号経路にシリーズに接続された可変容量素子と、この可変容量素子に対して並列に接続されたインダクタとを備えた、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記アンテナ素子と前記容量検出回路との間の伝送経路に、前記アンテナ素子に給電される又は前記アンテナ素子から伝送される無線通信信号の流入を阻止するフィルタ回路が設けられた、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記容量検出回路および前記フィードバック制御回路は単一のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成された、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記アンテナ素子は、前記アンテナ整合回路のアンテナ接続部に接続可能な複数種のアンテナ素子のうち、前記アンテナ素子の単体で放射Ｑの良好なアンテナ素子である、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記複数種のアンテナ素子の選択条件は、前記アンテナ素子に対する給電点の位置、及び前記アンテナ素子に対する前記容量検出回路の接続位置を含む、請求項７に記載のアンテナ装置。