WO2011024506A1

WO2011024506A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2011024506A1
Application number: PCT/JP2010/056431
Authority: WO
Inventors: 南雲正二; ▲高▼田政明; 植木紀行; 小山展正
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-03-03
Also published as: CN102484316B; JPWO2011024506A1; CN102484316A; US20120154245A1; US10084229B2; JP5370488B2

Abstract

　アンテナ特性を変化させる周囲環境を検出し、アンテナ特性を適宜補正して、常に安定したアンテナ特性を維持する。　アンテナ素子電極（２１）と基板のグランド電極（５１）とによる擬似ダイポールの電界中に人体（掌や指）が近接すると、電気力線は人体に引き寄せられるように入射［終端］し、アンテナ素子電極（２１）と基板のグランド電極（５１）との間の容量（浮遊容量）は増加する。本発明は、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、人体の近接度と浮遊容量の変化との関係を利用して人体近接のセンシングを行う。そして、人体近接によるアンテナ特性の変化を適宜補正して安定したアンテナ特性を維持する。

Description

アンテナ装置

　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。

　人体近接などの周囲状況によって変わるアンテナ特性をフィードバックにより補正するために、周囲状況をセンシングするものが特許文献１，２，３に開示されている。
　特許文献１は、周囲状況の変化によって変動したアンテナの入力インピーダンス（リターンロス，ＶＳＷＲ）を直接的に計測するものである。ＲＦ回路とアンテナ間の線路に方向性結合器を設置し、ＲＦ回路からアンテナへの方向（入力方向）、アンテナからＲＦ回路への方向（反射方向）の電力をモニタリングし、現状態の入力インピーダンスを把握する。

　特許文献２は、アンテナから放射される電磁波量の変化を直接計測するものである。周囲の影響によってアンテナからの放射電界の変化を、ホール素子のようなセンサを用いて検出する。この変化は、入力インピーダンスの変化であるか、近接媒体による放射電磁波の吸収による損失増大であるか、その要因は切分けられないが、その総合結果としての放射電界の変化を検出する。

　特許文献３は、接近する人体までの距離を計測するものである。発光・受光素子を用い、近接体で反射された光によって距離計測を行う。

　ここで、特許文献２に示されているアンテナ装置の構成を、図１を基に説明する。
　アンテナ装置は、アンテナ１８、無線周波数信号をアンテナ１８に入力する高周波回路２６、及びいくつかのネットワーク素子から成っていて、アンテナ１８と高周波回路２６との間で信号路に設けられた第１の整合回路２４、制御装置２８、アンテナ１８によって放射される電磁界を検出する検出器１０を含む。制御装置２８は、検出された電界に基づいて、アンテナ１８の整合制御を行う。

米国特許出願公開第２００９／００４６０３０号明細書国際出願第２００９／０３３５１０号パンフレット米国特許出願公開第２００４／０２１７９０９号明細書

　ところが、特許文献１に開示されているアンテナ装置では、入力インピーダンスの把握のために、アンテナに電力を投入する必要があり、送信周波数帯のインピーダンス変化しか把握できない。特定周波数の入力インピーダンスの変化というより「アンテナ共振系が外部影響によってどういう状態にあるのか」の把握が好ましい。

　特許文献２に開示されているアンテナ装置では、放射とは関係のない部材を設けることになるので、アンテナ特性を劣化させる懸念がある。また、アンテナとセンサの一体化という観点にしても、これらが単なる組み合わせで、別体として存在し、どちらかが他方の占有空間に包含されるという構成では、近接部品が特性に悪影響を与えてしまう。

　特許文献３に開示されているアンテナ装置のように、光・赤外線・音波などの反射を利用するものは、回折性がなく［直進性が強く］、検知方向・角度が限定される。そのため、端末のあらゆる方向からの人体等の近接を検知するには十分ではない。あるいは測距センサが複数必要となってしまう。

　したがって、アンテナ特性を安定化させるために周囲状況をセンシングするとしても、上記の何れの構成も好ましいとは言えない。

　そこで、この発明の目的は、アンテナ特性を変化させる周囲環境を検出し、アンテナ特性を適宜補正して、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、を備えたアンテナ装置であって、
　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、
を備える。

　上記構成により、送信時に限らずにアンテナの周囲環境を検出してフィードバックによりアンテナ特性を補正できる。また、放射に要する部材以外の部材を必要としないので、アンテナ特性を劣化させることがない。さらに、光・赤外線・音波などの反射を利用するわけでもないので、検知方向や角度が限定されず、アンテナ特性の変化を的確に検出できる。

（２）前記アンテナ素子と前記給電部との間の伝送経路である無線通信信号経路に、前記容量検出回路が検出するセンシング信号の流入を阻止するリアクタンス素子を設ける。
　この構成により、無線通信信号にセンシング信号が回り込まず、アンテナ特性を殆ど劣化させることがない。

（３）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回り込みを阻止するリアクタンス素子を設ける。
　この構成により、通信信号周波数帯で容量検出回路がアンテナ素子に影響を及ぼさないので、アンテナ特性を殆ど劣化させることがない。

（４）前記容量検出回路は、反転増幅回路の帰還回路に帰還容量を含み、前記帰還容量に対する検出対象容量の変化率の比にほぼ比例する電圧を出力する、容量－電圧変換増幅回路とする。

　この構成により、アンテナ素子はほぼそのままで、付属物として容量－電圧変換増幅回路など加える程度で済むため、アンテナ装置を組み込む電子機器の設計上の影響が少なく複数のモデルへ適用が容易となる。

（５）前記容量－電圧変換増幅回路は、前記反転増幅回路の入力部に、前記アンテナ素子の共振周波数より充分に低い周波数の交流信号を発生する交流信号源を備える。
　この構成により、同一アンテナ素子に接続される無線通信信号経路とセンシング信号経路とを併存させることができる。

（６）前記反転増幅回路の出力部に前記反転増幅回路の出力信号を検波する検波回路を備える。
　この構成により、検出対象である、微小な容量変化に対して安定した検出値が見込める。

（７）前記反転増幅回路の出力に、前記反転増幅回路の出力電圧を積分する積分回路を備える。
　この構成により、局部発振器などのセンシング用の信号源を省略することができ、容量検出回路が簡易化できる。

（８）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。

（９）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、送信時に限らずにアンテナの周囲環境を検出してフィードバックによりアンテナ特性を補正できる。また、放射に要する部材以外の部材を必要としないので、アンテナ特性を劣化させることがない。さらに、光・赤外線・音波などの反射を利用するわけでもないので、検知方向や角度が限定されず、アンテナ特性の変化を的確に検出できる。

特許文献２に示されているアンテナ装置の構成を示す図である。図２（Ａ）はアンテナ素子電極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２（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。第１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。第１の実施形態に係るアンテナ装置を構成する、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５（Ａ），図５（Ｂ）は、第１の実施形態に係る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。第１の実施形態に係る別のアンテナ装置の構成を示す図である。第１の実施形態に係る携帯電話端末内の基板の位置、及び基板とアンテナ素子との位置関係について、幾つかの構成例を示す図である。第２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。第２の実施形態に係るアンテナ装置の別の構成例を示す図である。図１０（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置に備える容量検出回路の回路図、図１０（Ｂ）は、その動作を示す波形図である。第４の実施形態に係るアンテナ装置に備える容量－電圧変換回路の基本形を示す図である。図１２（Ａ）は、図１１に示した回路を基礎にして構成した容量検出回路の回路図、図１２（Ｂ）はその容量－電圧変換した電圧出力波形図である。第５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。

《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２～図７を参照して説明する。
　アンテナ素子電極２１と基板のグランド電極５１との間には、図２（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２（Ａ）の右側には、アンテナ素子電極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。

　アンテナ素子電極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２（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、アンテナ素子電極２１と基板のグランド電極５１との間（図２（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。

　従って、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。本発明は、この関係を人体近接のセンシングに用いること、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）ことに特徴がある。これにより、前述の課題は解消される。

　図３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二つの構成を示す図である。
　図３（Ａ）において、アンテナ素子電極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。また、前記無線通信信号経路には、容量検出回路６０が検出するセンシング信号の流入を阻止するリアクタンス素子Ｘ１が設けられている。また、アンテナ素子電極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は、アンテナ素子電極２１に給電される又は前記アンテナ素子電極２１から伝送される無線通信信号の回り込みを阻止するリアクタンス素子Ｘ２が設けられている。

　図３（Ａ）において、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。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。

　図３（Ａ）に示すアンテナ装置と図３（Ｂ）に示すアンテナ装置とは、リアクタンス素子Ｘ２の挿入位置が異なる。リアクタンス素子Ｘ２の挿入位置は、アンテナ素子電極２１に給電される又は前記アンテナ素子電極２１から伝送される無線通信信号の回り込みを阻止する位置であればよい。そのため、リアクタンス素子Ｘ２の挿入位置は、図３（Ａ）の位置に限らず、例えば図３（Ｂ）に示す位置であってもよい。

　図４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の作用について示す図である。図４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４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５（Ａ），図５（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５（Ａ），図５（Ｂ）はその例を示すものである。

　図５（Ａ）の例では、金属板を折り曲げ加工したアンテナ素子２０Ａ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２０Ａ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、リアクタンス素子Ｘ１、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５（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電極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がアンテナ素子電極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電極を直接形成して、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無線通信の周波数帯からかけ離れているため、アンテナ素子電極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。

　前記アンテナ素子電極のパターニングとしては、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ＧＳＭ８００／９００］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／Ｗｉｍａｘ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）。

　図６は、第１の実施形態に係る別のアンテナ装置の構成を示す図である。この例は、折畳みタイプ（クラムシェル型）の携帯電話端末で筐体ダイポールを構成したものである。図６の右側には、第１の基板側のグランド電極５１と第２の基板側のグランド電極５２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。

　図６に示す例では、操作キーなどが設けられる第１の筐体内に第１の基板が内蔵され、液晶表示パネルやスピーカが設けられる第２の筐体内に第２の基板が内蔵されている。このようにして、二つの基板のグランド電極で擬似ダイポールを構成してもよい。

　また、クラムシェル型以外にも、スライド型やスイーベル型などの携帯電話端末にも同様に適用できる。
　また、容量検出回路、フィードバック制御回路、可変マッチング回路のすべてまたは一部が液晶表示パネル側の基板に設けられていてもよい。

　図７は、携帯電話端末内の基板の位置、及び基板とアンテナ素子との位置関係について、既に示した例とは異なる例を示すものである。
　図７（Ａ），図７（Ｂ）の例では、何れも単一の筐体内に基板のグランド電極５１、容量検出回路６０、及びアンテナ素子電極２１が設けられている。

　図７（Ｃ），図７（Ｄ）の例では、クラムシェル型筐体のうち一方の筐体内に基板のグランド電極５１、容量検出回路６０、及びアンテナ素子電極２１が設けられている。

　図７（Ａ），図７（Ｃ）の例では、基板のグランド電極５１の上部にアンテナ素子電極２１が設けられている。

　図７（Ｂ），図７（Ｄ）の例では、基板のグランド電極５１の下部にアンテナ素子電極２１が設けられている。

　以上に示した実施形態によれば、アンテナ構造体はほぼそのままに、付属物として容量－電圧変換回路など加える程度で済む。携帯電話端末の構造設計に対する影響が少なく、複数のモデルへ容易に展開できる。

　また、同一のアンテナ素子に接続するものとして、無線通信信号経路とセンシング信号経路とを併存させることができる。すなわち、容量－電圧変換回路の装荷が無線通信信号側の特性（整合特性など）に与える影響を軽減でき、またその逆も影響を軽減できる。

　さらに、周囲状況に応じて可変したマッチング状態において、可変マッチング回路を最適設計でき、アンテナ効率を最大限引きだすことができる。

《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、アンテナ素子と給電部との間の伝送経路である無線通信信号経路に設けるリアクタンス素子、及びアンテナ素子と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設けるリアクタンス素子の具体例を示す。

　図８は、第２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８（Ａ）において、アンテナ素子電極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ＰＷ１にキャパシタＣが設けられている。また、アンテナ素子電極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ＰＷ２にインダクタＬが設けられている。

　図８（Ａ）において、無線通信信号経路ＰＷ１に設けられているキャパシタＣは、無線通信信号を通すが、直流又は直流に近い低周波信号を遮断するので、容量検出回路６０が検出するセンシング信号の流入を阻止する。また、センシング信号経路ＰＷ２に設けられているインダクタＬは、直流又は直流に近い低周波信号を通過させるが、無線通信信号の周波数帯では高インピーダンスになるので、容量検出回路が（容量検出回路が装荷されていることが）可変マッチング回路３０のマッチングに影響を与えない。

　図８（Ａ）に示すアンテナ装置と図８（Ｂ）に示すアンテナ装置とは、インダクタＬの挿入位置が異なる。インダクタＬの挿入位置は、アンテナ素子電極２１に給電される又は前記アンテナ素子電極２１から伝送される無線通信信号の回り込みを阻止する位置であればよい。そのため、インダクタＬの挿入位置は、図８（Ａ）の位置に限らず、例えば図８（Ｂ）に示す位置であってもよい。

　図９は第２の実施形態に係るアンテナ装置の別の構成例を示す図である。
　図９（Ａ）の例では、アンテナ素子電極２１のポートＰ３に無線通信信号経路ＰＷ１が接続され、アンテナ素子電極２１のポートＰ４にセンシング信号経路ＰＷ２が接続されている。
　図９（Ｂ）の例では、無線通信信号経路ＰＷ１とセンシング信号経路ＰＷ２との分岐パターンを基板上の電極パターンで構成されている。

　このように、無線通信信号経路とセンシング信号経路の分岐はアンテナ素子電極と基板との間に限らず、アンテナ素子側又は基板側であってもよい。

《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、容量検出回路の具体的な構成例の一つについて示す。
　図１０（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナ装置に備える容量検出回路の回路図、図１０（Ｂ）は、その動作を示す波形図である。

　ここでは、出力信号を電圧信号として取り出すこと、増幅を行うこと、という二つの観点からオペアンプを用いる。容量－電圧変換回路は、オペアンプＯＰ１による反転増幅回路と、検出対象容量Ｃｓ及び帰還容量Ｃｆとで構成される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には基準電位Ｖｒｅｆ１が印加される。この容量－電圧変換回路の動作原理は、検出対象容量Ｃｓの容量変化によるＣｓ－Ｃｆ間の電荷の出入りによる変化電圧（Ｖ＝Ｑ／Ｃ）を増幅することである。

　前記Ｃｓ－Ｃｆのみの帰還回路では動作が不安定となるため、帰還容量Ｃｆに対して並列に抵抗Ｒｆが接続されている。抵抗Ｒｆはカットオフ周波数を決めるファクタでもあり、言い換えれば、Ｃｓ－Ｃｆ間の電荷の出入りの緩やか度＝時定数のファクタでもある。この抵抗Ｒｆの値は、扱う事象である「人体近接による容量変化」の時間応答や、その状態のホールド性をどの程度必要とするか、を考慮すると非常に大きな値を要する。

　第３の実施形態に係る容量検出回路は、局部発振器など交流信号源がないことが前提である。そのため、Ｃｓ－Ｃｆ帰還回路の後段に、オペアンプによる積分回路を設けている。すなわち、オペアンプＯＰ２による反転増幅回路、キャパシタＣｉによる帰還回路及び抵抗Ｒで積分回路が構成される。なお、キャパシタＣｉに対して並列に抵抗Ｒｉを接続して積分時定数を定めている。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には基準電位Ｖｒｅｆ２が印加される。

　図１０（Ｂ）に表れているように、手との距離が変化したとき、容量－電圧変換回路の出力電圧Ｖａは、検出対象である容量Ｃの変化率にほぼ比例した電圧となる。また前記積分回路の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖａを積分した電圧であるので、手の接近距離に応じた電圧となる。

　第３の実施形態で示した容量検出回路によれば、局部発振器などの信号源を必要としないので、容量検出回路が簡易化できる。また、信号源がノイズ源になることもない、という利点がある。

《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、交流信号源を用いた容量－電圧変換回路の具体例を示す。
　図１１は容量－電圧変換回路の基本形を示す図である。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安定した電位となる。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。

　図１２（Ａ）は、図１１に示した回路を基礎にして構成した容量検出回路の回路図である。図１２（Ｂ）はその容量－電圧変換した電圧出力波形図である。
　図１２（Ａ）の例では、オペアンプの非反転入力端子に局部発振器ＯＳＣを接続している。また帰還容量Ｃｆに対して並列に抵抗Ｒｆを接続している。オペアンプＯＰの出力にはダイオードＤｉ、キャパシタＣｄ及び抵抗Ｒｄによる検波回路を設けて、包絡線を出力として取りだすように構成している。

　図１２（Ｂ）に表れているように、手が接近したとき、検出対象容量Ｃｓの容量値の増大に伴って電圧Ｖａの振幅が増大する。したがって、検波回路の出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。手が遠ざかったときは、検出対象容量Ｃｓの容量値の減少に伴って電圧Ｖａの振幅が減少し、出力電圧Ｖｏｕｔは下降する。

　なお、交流信号源により交流信号を入力し、容量検出回路の交流出力信号として取りだす回路は図１１・図１２に限らない。また、出力信号が交流電圧信号として取り出されるものに限らないので、検波回路もそれに応じた種々の回路となる。

　また、検波回路以外にも、交流成分をブロックするローパスフィルタを設けてもよい。
　さらに、交流信号源の位置は図１１・図１２に限るものではない。また別体の局部発振器ＯＳＣを設けなくとも、高周波回路部の一部を交流信号源としてもよい。すなわち高周波回路から何らかの交流信号を取り出すようにしてもよい。

《第５の実施形態》
　第５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（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５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１３はその２種類のアンテナ装置の構成図である。図１３（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１３（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１３（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。

Ｃｓ…検出対象容量
Ｃｆ…帰還容量
ＯＳＣ…局部発振器
ＰＷ１…無線通信信号経路
ＰＷ２…センシング信号経路
Ｘ１…リアクタンス素子
Ｘ２…リアクタンス素子
２０Ａ…アンテナ素子
２１…アンテナ素子電極
２１Ｂ…アンテナ素子電極
３０…可変マッチング回路
３１Ａ，３１Ｂ…基板
３２…アンテナ接続部
３２Ｂ…アンテナ接続部
４０…給電回路
５０…筐体
５１，５２…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

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、を備えたアンテナ装置であって、
　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、
を備えたアンテナ装置。
　前記アンテナ素子と前記給電部との間の伝送経路である無線通信信号経路に、前記容量検出回路が検出するセンシング信号の流入を阻止するリアクタンス素子が設けられた、請求項１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回り込みを阻止するリアクタンス素子が設けられた、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
　前記容量検出回路は、反転増幅回路の帰還回路に帰還容量を含み、前記帰還容量に対する検出対象容量の変化率の比にほぼ比例する電圧を出力する、容量－電圧変換増幅回路である請求項１～３のいずれかに記載のアンテナ装置。
　前記容量－電圧変換増幅回路は、前記反転増幅回路の入力部に、前記アンテナ素子の共振周波数より充分に低い周波数の交流信号を発生する交流信号源を備えた、請求項４に記載のアンテナ装置。
　前記反転増幅回路の出力部に前記反転増幅回路の出力信号を検波する検波回路を備えた、請求項５に記載のアンテナ装置。
　前記反転増幅回路の出力に、前記反転増幅回路の出力電圧を積分する積分回路を備えた、請求項４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１～７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８に記載のアンテナ装置。