JPH07202774A

JPH07202774A - 無線装置

Info

Publication number: JPH07202774A
Application number: JP5338093A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sekine; 秀一関根; Osamu Shibata; 治柴田; Tadahiko Maeda; 忠彦前田; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3383046B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイバーシティアンテナ間の干渉による特性
劣化を低減し、機器の小形化を可能とする。【構成】この発明の無線装置は、筐体と、筐体に内蔵
された受信回路と、リアクタンス素子または高抵抗素子
で成る第１および第２の素子と、筐体に設置されたモノ
ポールアンテナおよび小形アンテナと、第１の素子また
は受信回路のどちらか一方をモノポールアンテナに接続
する第１のスイッチと、第２の素子または受信回路のど
ちらか一方を小形アンテナに接続する第２のスイッチ
と、モノポールアンテナと小形アンテナ各々の受信する
電波の強度に応じて第１のスイッチと第２のスイッチと
の切換制御を行なう制御回路とを備え、受信電波の強度
との対応で一方のアンテナが受信回路と接続されるとき
に、他方のアンテナをリアクタンス素子または高抵抗素
子と接続することによって終端を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアンテナ切換式の無線
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に、例えば携帯無線機のような
無線装置では、ダイバーシティアンテナ方式を実現させ
るために筐体上に異なったアンテナを組み合わせて搭載
し、受信する電波強度に応じてアンテナを切り換える方
式が知られている。そのようなアンテナの組合せとして
は、筐体から引き出すモノポールアンテナと筐体内蔵の
逆Ｆアンテナとの組合せが一般的である。

【０００３】ところが、携帯無線機のような無線装置で
は筐体が比較的小形であるためにアンテナ間の距離が近
くなり、アンテナ間で干渉が生じてアンテナ特性を低下
させることがある。

【０００４】そこで本発明者らは、このアンテナ間の干
渉について、モノボールアンテナと逆Ｆ小形アンテナと
を組み合わせたダイバーシティアンテナにおけるモノポ
ールアンテナと小形アンテナとの間の干渉による放射特
性の劣化について実験した。この実験に用いたモデルは
図４に示す構造のもので、無線機の基板を模擬した導体
板１０１の上端部にモノポールアンテナ１０２と逆Ｆ小
形アンテナ１０３を取り付けている。また導体板１０１
の長さは３分の１波長程度とし、モノポールアンテナ１
０２の長さは発信する波長のほぼ４分の１で、小形アン
テナ１０３の高さは７０分の１波長程度にした。またモ
ノポールアンテナ１０２の給電点１０４にはリアクタン
ス素子１０５を接続し、モノポールアンテナ１０２の給
電点１０４と小形アンテナ１０３の給電点１０６は導体
板１０１の上端で接近した位置に配置した。

【０００５】そして、このような構造の無線機モデルを
用いた実験方法は、逆Ｆ小形アンテナ１０３に給電し、
モノポールアンテナ１０２の終端条件を変えながら放射
効率（＝放射電力／入力電力）を測定するものであり、
終端条件は給電点１０４のリアクタンス素子１０５とし
て種々の値のコンデンサまたはコイルを接続することに
よって変更した。

【０００６】この実験によって得られたアンテナ特性の
変化の結果は、図５に示すグラフのようになり、モノポ
ールアンテナの終端条件によって最大で−２ｄＢ程度劣
化することが分かった。

【０００７】このような理由として考えられるのは、も
ともと逆Ｆアンテナは放射抵抗が小さく、この実験のよ
うに極端にアンテナ高を低くしてしまうとアンテナの導
体損失と放射抵抗が同じくらいの大きさになり、例え
ば、アンテナ単体を無限地板上に配置した場合には効率
は低いものとなる。そこで逆Ｆアンテナを携帯無線機の
ような無線装置に搭載する場合には、筐体上の端位置に
配置し、筐体上に高周波電流を流すことによって筐体か
らの放射を生じさせ、効率を上げる対策がとられる。

【０００８】ところが、このような小形アンテナと近接
してモノポールアンテナを設置すると、小形アンテナか
ら放射された電波がモノポールアンテナに吸収され、モ
ノポールアンテナの誘起される高周波電流によって筐体
上の高周波電流が減少し、これによって筐体からの放射
が減少し、結果として逆Ｆアンテナの性能がそのまま出
てしまったものと推測される。したがってこのような特
性の劣化は、逆Ｆアンテナに変えて低姿勢のモノポール
アンテナを用いた場合にも同じように生じると考えられ
る。

【０００９】なお、従来、このようなダイバーシティア
ンテナに関する問題点として、近接して配置されたダイ
バーシティアンテナではアンテナ間の干渉によって入力
インピーダンスが変動したり、放射パターンが変化した
りすることが知られているのみであり、放射効率の劣化
が生じたことを報告したものはない。

【００１０】上記のような放射効率の劣化を防ぐために
は、図５のグラフから考えて、モノポールアンテナの終
端条件を最適化すればよい。これを実現する方法として
はアンテナ給電点からアンテナの切換スイッチまでの給
電線を所望の長さとしておき、給電線を一種のスタブと
して用いることによって終端を行なう方法が考えられ
る。

【００１１】図６はこの方法を実現する回路例を示して
いる。この無線装置の回路は、＃１，＃２それぞれのア
ンテナ１０７，１０８が給電線１０９，１１０それぞれ
に接続され、さらにスイッチ１１１を介して受信回路１
１２に接続されている。スイッチ１１１は受信回路１１
２をアンテナ１０７，１０８のいずれかに接続するもの
で、この切換制御がコントローラ１１３によって行なわ
れる。コントローラ１１３は受信回路１１２で検波され
た信号に基づき、受信電波の強度が大きい方のアンテナ
に受信回路１１２が接続されるようにスイッチ１１１を
制御する。そしてスイッチ１１１によって選択されない
で受信回路１１２に接続されなかった方の給電線は開放
されるようになっている。

【００１２】そこで端部を開放された給電線はリアクタ
ンス素子として働くことから、給電線１０９，１１０そ
れぞれの長さｌ，ｌ´を所望の長さにしておくことによ
りアンテナの終端条件を最適化することができる。しか
しながら、給電線１０９，１１０それぞれを所望の長さ
とするためには無線機の基板上を引き回す必要があり、
その結果として、使用している無線周波数が比較的高い
場合、特に小形の無線機では給電線を引き回すことによ
ってその電子回路の実装を妨げることになる問題点が発
生する。

【００１３】また、引き回しのために給電線を折り曲げ
たりする必要があり、給電線の損失が増えたり、給電線
の特性インピーダンスが変動し、アンテナとの整合性が
変化したり、線路自体の電気的な長さが変化して所望の
電気的な長さとならなくなってしまうことがある問題点
が発生する。

【００１４】さらに、給電線の引き回しをなくすために
線路の物理的な長さを短縮することが考えられ、それに
は線路の電気的短縮率を上昇させる方法が知られている
が、高誘電率の誘電体の給電線路を用いる必要が生じ、
これにともなって給電線の損失が増えるためにおのずと
その短縮化の程度に限界が存在し、願わしい短縮率が得
られない問題点が発生する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のモ
ノポールアンテナと小形アンテナとを組み合わせたアン
テナ切換ダイバーシティアンテナを具備する携帯無線機
のような無線装置では、アンテナ間の干渉によってアン
テナの放射効率が劣化する問題点があった。

【００１６】また、アンテナの効率劣化を防ぐためにア
ンテナの給電線の長さを所望の長さにしようとすると設
計の自由度が妨げられ、小形化ができなくなる問題点が
あった。

【００１７】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、アンテナに生じていた放射効率の低
下を防ぐことができ、また給電線の引き回しをしなくて
も済むために設計の自由度を損なうことがなく、小形化
が図れる無線装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の無線装置は、
筐体と、筐体に内蔵された受信回路と、リアクタンス素
子または高抵抗素子で成る第１および第２の素子と、筐
体に設置されたモノポールアンテナおよび小形アンテナ
と、第１の素子または受信回路のどちらか一方をモノポ
ールアンテナに接続する第１のスイッチと、第２の素子
または受信回路のどちらか一方を小形アンテナに接続す
る第２のスイッチと、モノポールアンテナと小形アンテ
ナ各々の受信する電波の強度に応じて第１のスイッチと
第２のスイッチとの切換制御を行なう制御回路とを備え
たものである。

【００１９】

【作用】この発明の無線装置では、受信電波の強度との
対応で一方のアンテナが受信回路と接続されるときに、
他方のアンテナをリアクタンス素子または高抵抗素子と
接続することによって終端を行なうことにより、受信回
路と接続されないアンテナの終端条件を所望のものにし
て放射効率の劣化を防止することができる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図１はこの発明の一実施例の回路ブロック図であ
り、図２は回路図である。この実施例は携帯無線機に係
わるもので、筐体１の上端部に近接してモノポールアン
テナ２と逆Ｆ小形アンテナ３が設置され、それぞれに同
軸線で成る給電線４，５が接続され、各々スイッチ６，
７を介して受信回路８に接続されている。

【００２１】スイッチ６，７は各給電線４，５を受信回
路８に接続する接点と、リアクタンス素子９，１０それ
ぞれに接続する接点とを有し、コントローラ１１がテス
トモード時に受信回路８の受信するアンテナ２，３それ
ぞれの受信電波強度の大小を比較し、電波強度の大きな
方のアンテナを受信回路８に接続する一方、電波強度の
小さな方のアンテナをリアクタンス素子９または１０に
接続するようにこれらのスイッチ６，７の切換制御を行
なうようになっている。

【００２２】ここでリアクタンス素子９，１０それぞれ
は、給電線４，５それぞれと組み合わされたときに所望
のリアクタンス値をとるようにして、給電がなされてい
ない方のアンテナが所望の終端条件になるように設定さ
れている。すなわち、給電線の長さと素子の特性とを加
えて送受信する波長λの２分の１の負荷になるように給
電線４，５の長さとリアクタンス素子９，１０のリアク
タンス値を選定するのである。しかしながら、筐体１の
大きさは携帯電話器、携帯無線通信機など、その用途に
応じて一定ではないので、用途に応じて給電線４，５の
長さが一定ではなく、したがってリアクタンス素子９，
１０の特性も給電線４，５それぞれの長さに応じて変化
させなければならず、実施する無線装置に応じてこれら
の特性を実験的に選定することになる。

【００２３】上記の構成の無線装置では、コントローラ
１１は高速でモノポールアンテナ２と小形アンテナ３と
のそれぞれの受信電波強度を比較し、電波強度の強い側
のアンテナを受信回路８に接続し、他方のアンテナを所
望の終端条件を持ってグランドに接続するようにスイッ
チ６，７の切換制御を行なう。通常、携帯電話器では、
２０ｍｓのサイクルで送受信モードが高速に切り換えら
れており、コントローラ１１はその切換タイミングにそ
の１０分の１〜１００分の１の時間のうちに両アンテナ
２，３それぞれの受信電波を同時に積分し、積分値の大
きい方を受信電波強度が高いものとして選択し、スイッ
チ６，７の切換制御を行なうのである。

【００２４】そしてスイッチ６がモノポールアンテナ２
を受信回路８に接続するときには、スイッチ７が小形ア
ンテナ３を給電線５とリアクタンス素子１０に接続し、
所望の終端条件をもってグランドに接続することにな
る。逆にスイッチ７が小形アンテナ３を受信回路８に接
続するときには、スイッチ６がモノポールアンテナ２を
給電線４とリアクタンス素子９に接続し、所望の終端条
件をもってグランドに接続することになる。したがっ
て、いずれのアンテナによって受信する場合でも、アン
テナの放射効率を低下させることなく無線通信を行なう
ことができるようになる。

【００２５】図２は上記の無線装置の特にスイッチ部分
の具体的な回路図を示している。この実施例の無線装置
のスイッチ６，７を構成するためにダイオードＤ１〜Ｄ
４を用いている。そしてダイオードＤ１，Ｄ２は給電線
４，５それぞれを受信回路８に接続するためのものであ
り、ダイオードＤ３，Ｄ４は給電線４，５それぞれをリ
アクタンス素子６，７各々に接続するものである。また
アンテナ２，３各々が受信した高周波信号を通過させ、
直流をカットするためにキャパシタＣ１〜Ｃ５が必要な
箇所に挿入され、逆に直流を通過させ、アンテナ２，３
各々が受信した高周波信号が混入しないようにカットす
るためのチョークコイルＬ１〜Ｌ７が必要な箇所に挿入
されている。なお、キャパシタ、チョークコイルそれぞ
れの容量は使用する周波数帯によって適切なものに選定
されるが、９００ＭＨｚ程度の周波帯の電波通信では、
これらのキャパシタＣ１〜Ｃ５は数ピコファラド程度、
またチョークコイルＬ１〜Ｌ７は１００ナノヘンリー以
上とするのが望ましい。

【００２６】この図２に示す回路の動作について説明す
ると、コントローラ１１から伸びた２線の信号線の一方
ａ側はダイオードＤ１，Ｄ４に直流的に接続され、信号
線の他方ｂ側はダイオードＤ２，Ｄ３に直流的に接続さ
れている。この直流信号線ａ，ｂそれぞれの終端部分が
グランドに接続されているが、アンテナ２，３それぞれ
が受信した高周波信号はチョークコイルＬ１〜Ｌ４によ
ってグランドに流れ込まない。また逆に、キャパシタＣ
１〜Ｃ４によって、直流電流がアンテナ及び受信回路
８、さらには制御を行なっていない側のダイオードにま
で流れ込まない。

【００２７】ここでいま、コントローラ１１の端子ａに
正電圧が印加され、端子ｂに負電圧が印加されたとする
と、ダイオードＤ１には正のバイアスがかけられ、ダイ
オードＤ１，Ｄ４のインピーダンスはほとんど０に近く
なり、逆にダイオードＤ２，Ｄ３のインピーダンスは非
常に大きくなる。したがって、アンテナ２で受信された
高周波信号は給電線４を介し、さらにダイオードＤ１を
介して受信回路８に流れ込み、他方、アンテナ３は給電
線５を介し、さらにダイオードＤ４を介してリアクタン
ス素子１０に接続されることになる。

【００２８】このときの状態を高周波的に表わしたのが
図３の等価回路であり、ダイオードＤ１はその入力イン
ピーダンスの値によって短絡スイッチ６ａとして表わ
し、同じようにダイオードＤ２は開放スイッチ７ａ、ダ
イオードＤ３は開放スイッチ６ｂ、ダイオードＤ４は短
絡スイッチ７ｂとして表わしてある。この回路から分か
るように、モノポールアンテナ２で受信した高周波信号
は受信回路８に入力され、他方、小形アンテナ３は給電
線５とリアクタンス素子１０を介して所望の終端条件を
もってグランドに接続され、モノポールアンテナ２の受
信特性に干渉を生じないようになる。

【００２９】コントローラ１１の端子ａ，ｂの電圧の正
負が逆転したときには、各ダイオードＤ１〜Ｄ４の入力
インピーダンスの値が逆になり、図３の等価回路におけ
るスイッチ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂの開放と短絡が逆に
なり、小形アンテナ３が受信回路８に接続され、モノポ
ールアンテナ２は給電線４とリアクタンス素子９を介し
て所望の終端条件をもってグランドに接続され、小形ア
ンテナ３の受信特性に干渉を生じないようになる。

【００３０】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ることはなく、特に素子としてはリアクタンス素子に代
えて高抵抗素子を用いることができる。そしてこの場合
にも終端条件は実験的に選定されることになるが、給電
線と足し合わせた終端条件が所望のものとなるように設
定する。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、受信電
波の強度との対応で一方のアンテナが受信回路と接続さ
れるときに、他方のアンテナをリアクタンス素子または
高抵抗素子と接続することによって終端を行なうように
しているので、受信回路と接続されないアンテナの終端
条件を所望のものにして放射効率の劣化を防止すること
ができ、また放射効率の劣化防止のために筐体内に給電
線を長く引き回す必要がなく、それだけ設計の自由度が
制限されず、筐体の小形化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】この発明の他の実施例の回路図。

【図３】上記実施例の動作を示す等価回路図。

【図４】アンテナの放射効率の測定に用いた無線機モデ
ルの斜視図。

【図５】上記モデルによって得たアンテナの放射効率の
特性図

【図６】従来例の回路図。

【符号の説明】

１筐体２モノポールアンテナ３小形アンテナ４給電線５給電線６スイッチ７スイッチ８受信回路９リアクタンス素子１０リアクタンス素子１１コントローラＤ１〜Ｄ４ダイオードＬ１〜Ｌ７チョークコイルＣ１〜Ｃ５キャパシタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木康夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体と、前記筐体に内蔵された受信回路と、リアクタンス素子または高抵抗素子で成る第１および第
２の素子と、前記筐体に設置されたモノポールアンテナおよび小形ア
ンテナと、前記第１の素子または前記受信回路のどちらか一方を前
記モノポールアンテナに接続する第１のスイッチと、前記第２の素子または前記受信回路のどちらか一方を前
記小形アンテナに接続する第２のスイッチと、前記モノポールアンテナと小形アンテナ各々の受信する
電波の強度に応じて前記第１のスイッチと第２のスイッ
チとの切換制御を行なう制御回路とを備えて成る無線装
置。