JPWO2004102822A1 - 携帯用無線機 - Google Patents

Abstract

送話回路部、受話回路部、無線回路部のいずれかを有する第１の筺体（２）と第２の筺体（３）、上記第１の筺体（２）の回路部と上記第２の筺体（３）の回路部を接続するフレキシブルケーブル（１１）、上記無線回路部と電気的に接続され、上記第２の筐体（３）の、上記第１の筺体（２）から遠い端に設置されたアンテナ（４）、上記第１の筐体（２）と第２の筐体（３）の地板同士を接続する地板ケーブル（２５）、及び上記地板ケーブル（２５）に直列に挿入された可変負荷（２７）を備えたもので、無線機の使用条件に応じて自動的にアンテナの位相調整を行い、安定した通信を確保できる。

Description

この発明は、携帯電話機などの携帯用無線機に関するものである。

図２（ａ）に示すように、一般に無線機１は、基地局１３の電話回線１４を利用する通信機能を持ち、図２（ａ）（ｂ）に示すように、第１の筺体２と第２の筺体３からなる本体前面に、受話器５、送話器６、キー部８、表示器１０、ブザー７などを設け、収納や持ち運びのための小形化機能と、アンテナ４による基地局１３との通信のための必要十分な利得保持機能を持つ。
図３は、一般的な無線機１の内部を示す図であり、第１の筺体２には受話回路部１７と表示器１０が収容されている。第２の筺体３には無線部１６、ロジック制御部９、送話回路部１８、キー部８、及び無線部１６から接続端子２０を介して接続されるアンテナ４が収容されている。第１の筺体２内の電気回路と第２の筺体３内の電気回路はフレキシブルケーブル１１により接続されている。
それぞれの筺体２、３は内側の金属筺体１５とそれを覆う樹脂筺体１９で構成されている。第１の筺体２と第２の筺体３はヒンジ等で連結されて、折畳み開閉可能な構造になっている。
従来のアンテナ装置の形状として、例えば特開平０６−３１９２０号公報に示されたものがあり、図４はその概略構成図である。これは、主金属筺体２２と副金属筺体２３とを受動素子２４で結合し、主金属筺体２２にモノポールアンテナ２１を設けた構造である。
モノポールアンテナ２１を励振した場合に主金属筐体２２、副金属筐体２３上に電流が誘起される。この際に受動素子２４の状態を変化させることにより主金属筐体２２、副金属筐体２３の電位を制御し、流れる電流分布を変化させ、アンテナパターンを所望の形状に変化させることが可能である。
一方、上記図３に示す２つの筐体から構成される無線機の構成を考えた場合、図で下側の第２の筺体３に電池、無線回路部１６、ロジック制御部９などが配置され、上側の第１の筐体２に表示器１０が配置される場合が多い。表示器１０の表示信号を伝達するためにフレキシブルケーブル１１内の線路は４０〜８０本程度必要である。図３の構成の無線機に図４の構成を採用するとすれば、アンテナパターンを変化させるためには受動素子２４を全ての線路に配置する必要がある。
これらの欠点を除去するため、図５のように、等価回路を図５（ｂ）に示すフレキシブルケーブル１１の多数の線路を有する２個の筐体から構成される無線機１において、各筺体の地板（Ｇｎｄ）同士を結ぶ地板ケーブル２５を設け小形のダイバーシチアンテナを実現するものもある。
一般的に、図２に示すシステムにおいて、使用者は無線機１からの発呼時、キー部８から電話番号を入力する発呼動作を行い、基地局１３と発呼処理のための通信を行った後、自機が電話回線１４上で通話相手と接続され、通話状態になる。また、基地局１３からの着呼時、着信を知らせるブザー７の鳴動などの着呼動作後、基地局１３と着呼処理のための通信を行った後、自機が電話回線１４上で通話相手と接続され、通話状態になる。
無線回路部１６より給電されるアンテナ４は、たとえばλ／４の長さに設計されている場合、電気長約λ／４のモノポールアンテナとして動作する。また、樹脂筐体１９により使用者の手から絶縁された電気長λ／４の金属筐体１５は、アンテナ４の地板として動作し、全体としてλ／２ダイポールアンテナ相当の放射パターンが得られる。
ところで、図５に示すようにアンテナ１を筺体２と３の連結部に近い中央配置にした場合、周波数が高いと表１のようにアンテナ性能が劣化する傾向が見られる。

これに対して、図６のように、アンテナ４を筺体２と３の連結部から遠い第２の筺体３の端部（折畳みの口元に相当する部分）に配置（下配置）することによりアンテナ性能を維持することができる（表１参照）。しかしながら、地板ケーブル２５に直列接続された負荷２６が１値固定の場合、表２に示すように自由空間におけるアンテナ性能の周波数による影響が大きい上、同時に筐体の電流分布も周波数特性を持っているので、通話時及び自由空間の放射特性に周波数特性を持ってしまう。

また、下配置のアンテナでは、中央配置のアンテナに比べ、筐体折畳み開閉での特性の変化を比較的抑えることが可能であるが、帯域が狭く帯域内の全てをカバーすることはできない。
８００ＭＨｚ帯における表２の検証結果によると、負荷を１値に固定して、通話時利得が−１３ｄＢｄを満足できる周波数範囲は概ね４２ＭＨｚ程度（８８５ＭＨｚ−８４３ＭＨｚ）であると考えられる。負荷の多値切り替えを行って、８００ＭＨｚ帯の周波数範囲を全てカバーするには、地板ケーブルの負荷の切り替え諸元を４分割以上にすることが必要となる

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、常に良好なアンテナインピーダンス状態を得ることで、通信性能を安定させることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る携帯用無線機は、いずれかの筺体に送話回路部、受話回路部、無線回路部を有し、筺体間の回路部がフレキシブルケーブルで接続されている第１の筺体と第２の筺体、上記無線回路部と電気的に接続され、上記第２の筺体の、上記第１の筺体から遠い端に設置されたアンテナ、上記第１の筐体と第２の筐体の地板同士を接続する地板ケーブル、及び上記地板ケーブルに直列に挿入された可変負荷を備えている。
この発明によれば、無線機の使用条件を検出し、その使用条件に応じて予め設定されている負荷設定条件でアンテナの位相調整を行い、最適な状態で安定した通信を行うことが可能である。
また、この発明の第２の特徴は、上記無線機において、上記負荷のリアクタンス成分の調整を、使用する周波数、無線機の待ちうけまたは通話状態、あるいは無線機筺体の開閉状態を検出し、その検出結果により行う。
この発明の第２の特徴によれば、各使用態様に応じて、自動的に安定した通信が可能となる。
また、この発明の第３の特徴は、上記負荷として電圧制御により容量変化するバリキャップダイオードなどの能動素子を用い、この素子への印加電圧により負荷のリアクタンス成分を調整する。
この発明の第３の特徴によれば、調整が極めて簡単にできる。

図１はこの発明に係る無線機の構成（ａ）、及び無線機に使用される負荷の等価回路（ｂ）、及び負荷の回路例（ｃ）を示す図である。
図２は一般的な無線機の通信システム（ａ）、及び無線機の構成（ｂ）を示す図である。
図３は一般的な無線機の内部構成を示す図である。
図４は従来の無線機を示す斜視図である。
図５は従来の無線機の構成（ａ）、及びそのフレキシブルケーブルの等価回路（ｂ）を示す図である。
図６は従来の無線機の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る無線機を示す略線図である。無線機１は、第１の筺体２と第２の筺体３とを有している。筺体２と筺体３はヒンジ等により折畳み開閉可能に連結されている。図２、図３と同様に、第１の筺体２には送話器、表示器、ブザー及びそれらに対する受信回路部が設けられるが、簡略化のため図示を省略している。
同じく第２の筺体３には送話器、キー部、無線回路部が設けられるが、簡略化のため図示を省略している。第２の筺体３には上記の他、ロジック制御部９、アンテナ４が収容されている。アンテナ４は第２の筺体３の図で下部、すなわち第２の筺体３の、第１の筺体２から遠い端、さらに言い換えるなら筺体を折り畳んだ時のいわゆる口元の部分に配置されている。
従って、図１に示す無線機の構成は、アンテナ４の配置及び後述する地板ケーブルの回路を除けば、図２及び図３に示した構成と同一である。
第１の筺体２と第２の筺体３との間にはフレキシブルケーブル１１が接続されて、各筺体間の電気回路を多数の線路で接続している。筺体２と筺体３の間は、さらに、地板ケーブル２５で筺体の地板（Ｇｎｄ）同士が接続されており、この地板ケーブル２５には直列に可変値（Ｚ）の負荷２７が挿入されている。
この発明は、上述のように、第２の筐体３下部にアンテナ４が配置される構成とした場合、第１の筐体２と第２の筐体３の地板同士を地板ケーブル２５で接続し、無線機使用時の周波数や人体への近接によるインピーダンスの変化等に応じてケーブル２５のリアクタンス成分を自動的に変えることによりアンテナ位相条件を変化させる。アンテナの位相条件を変化させることにより周波数帯域を変化させ、使用周波数に合った特性を確保するものである。
次に、ケーブル２５の負荷部分である負荷２７のリアクタンス成分を変える構成につき説明する。図１（ｂ）は負荷２７の等価回路を、図１（ｃ）は負荷２７の実際の回路例を示している。
図１（ｂ）において、チップの静電容量を用い、負荷２７のリアクタンス成分を調整する場合、コイルＬを４７ｎＨとすると、使用帯域である８１０ＭＨｚから９５８ＭＨｚまで共振を変化させるためには、Ｃは、ｏｐｅｎ〜０．５ｐＦ程度が必要である。
これを実回路では図１（ｃ）で実現する。５ｐＦのコンデンサＣ１とバリキャップダイオードＶＣを直列に接続し、これと並列に２２ｎＨのコイルＬ１を接続する。コンデンサＣ１とバリキャップダイオードＶＣの接続点に４７ｋΩの抵抗Ｒ１を接続し、この抵抗Ｒ１の他端に１００ｐＦのコンデンサＣ２を接続する。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との接続点Ｐに制御電圧Ｖを印加し、バリキャップダイオードＶＣの容量を変化させる。
いま、Ｐ点への印加電圧Ｖを０．５Ｖ、２．５ＶとしたときのバリキャップダイオードＶＣの容量をそれぞれＣ（０．５）、Ｃ（２．５）で表すとすると、バリキャップダイオードＶＣをチップの静電容量に置き換えた場合、Ｃ（０．５）＝３．０ｐＦ〜Ｃ（２．５）＝１．２ｐＦとなり、Ｃ１との合成容量値は、Ｖ＝０．５〜２．５で１．９ｐＦ〜１．０ｐＦとなる。これをＬ１によりＯＰＥＮ〜０．５ｐＦ相当にシフトさせる。この結果、負荷２７のリアクタンス分調整による共振は、１．５ｐＦで９５８ＭＨｚ以上、４ｐＦで８１０ＭＨｚ以下となりバリキャップダイオードＶＣの可変範囲と概ね一致する。
この結果、地板ケーブルの負荷調整の共振は、１．５ｐＦで９５８ＭＨｚ以上、４ｐＦで８１０ＭＨｚ以下となりバリキャップダイオードの可変範囲と概ね一致する。
また、８１０ＭＨｚ、８８５ＭＨｚ、９５８ＭＨｚで負荷２７の値を調整し、共振を合わせ、同様な特性が得られるか測定した結果、表３に示すように周波数による特性の変化を抑えることができた。また、筐体開閉による特性の差も、更に抑えることができた。

負荷２７にはロジック制御部９から制御電圧Ｖを加えてそのリアクタンス成分を制御する。ロジック制御部９では、無線機の使用周波数に対する発生制御電圧を設定しておくことにより、待ちうけ時、あらかじめ使用周波数に応じて設定されている印加電圧設定条件を、ロジック制御部９から反映させ、ロジック制御部９が自動的に使用周波数に応じた制御電圧を発生し、負荷２７のリアクタンス成分を調整し、無線機筺体上の電流分布を変化させることにより、最適なインピーダンス条件にしてアンテナ１の位相条件を変える。位相条件を変化させることで帯域を変化させ、使用周波数に合った特性を確保することができる。
実施の形態２．
通話時、アンテナ１部分を手で覆うなど、アンテナ性能へ影響が出てしまう場合、通話状態になったことをロジック制御部９にて検知し、あらかじめ使用周波数に応じて設定されている通話状態の印加電圧設定条件を、ロジック制御部９から地板ケーブル２５の負荷２７に反映させ、無線機筺体上の電流分布を変化させることにより、アンテナ４を最適なインピーダンス条件にする。
実施の形態３．
筐体の開閉状態に応じアンテナ特性が変化する場合、筐体が開状態であるか閉状態であるかをロジック制御部９にて検知し、あらかじめ使用周波数に応じて設定されている開または閉状態の印加電圧設定条件を、ロジック制御部９から地板ケーブル２５の負荷２７に反映させ、無線機筺体上の電流分布を変化させることにより、アンテナ４を最適なインピーダンス条件にすることができる。

この発明は、携帯電話機などの携帯用の無線機に用いられるものである。

Claims (5)

1. 送話回路部、受話回路部、無線回路部のいずれかを有する第１の筺体（２）と第２の筺体（３）、上記第１の筺体（２）の回路部と上記第２の筺体（３）の回路部を接続するフレキシブルケーブル（１１）、上記無線回路部と電気的に接続され、上記第２の筐体（３）の、上記第１の筺体（２）から遠い端に設置されたアンテナ（４）、上記第１の筐体（２）と第２の筐体（３）の地板同士を接続する地板ケーブル（２５）、及び上記地板ケーブル（２５）に直列に挿入された可変負荷（２７）を備えたことを特徴とする携帯用無線機。
2. 使用する周波数を検知し、検知した周波数に応じて上記可変負荷（２７）のリアクタンス成分を変えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の携帯用無線機。
3. 待ちうけ状態か通話状態かを検知し、検知した状態に応じて上記可変負荷（２７）のリアクタンス成分を変えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の携帯用無線機。
4. 上記第１の筺体（２）と第２の筺体（３）を折り畳み開閉可能とし、上記筺体が開状態か閉状態かを検知し、検知した状態に応じて上記可変負荷（２７）のリアクタンス成分を変えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の携帯用無線機。
5. 上記可変負荷（２７）として、バリキャップダイオードなどの能動素子を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の携帯用無線機。

Images