JP2007067512A - アンテナ装置、携帯情報端末、プログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 SARを低減化し、通信性能を確保しつつも高機能化および小型化もできるように指向性を制御するアンテナ装置などを提供する。
【解決手段】 筐体Ｂの中央部分に配置された給電部１００と、電波の出力または電波の取り込みを行う給電エレメント６００と、前記給電エレメント６００を挟んで略平行に配置された２つの無給電エレメント２００、３００と、前記無給電エレメント２００、３００のマッチングを切り替えるエレメント制御回路４００、５００を有し、通信状態に応じて前記エレメント制御回路４００、５００よるマッチングの切り替えを行い、アンテナの指向性を変更する。
【選択図】 図２

Description

本発明は通信性能を確保するアンテナ装置、携帯情報端末、プログラム、記録媒体に関するものであり、特に、折り畳み式の筐体を有する携帯情報端末のアンテナ装置等に関するものである。

携帯情報端末の一つである携帯電話による通話またはデータ通信を行う際には、その通信状態を維持するために、アンテナ装置の指向性を制御する方法が採られている。このとき、規則上、携帯電話を使用する者の人体頭部への比吸収率（SAR:Specific Absorption Rate）をできるだけ低減する必要がある。

具体的には、１体の携帯電話に複数の性質の異なるアンテナ装置を搭載し、通話またはデータ通信といった使用状態及び電波環境などに応じてアンテナ装置を切り替えることにより指向性を制御している。また、特許文献１に開示されている平面アンテナのように、λ／２アンテナ給電素子に対し並列に配列したλ／２アンテナ無給電素子の位置を適切に変更して、指向性を良好にする方法もある。

また、以下の理由により、携帯電話に使用するアンテナ装置は複数本（複数種類）であることが望ましい。即ち、第１に、いわゆる「null点」と呼ばれる通信を全く行うことができない低インピーダンス部分の位置を緩和するためという理由、第２に、折り畳み式の携帯電話のように筐体が変化することに伴うアンテナ特性の変化に対応するためという理由、第３に、受信ダイバーシチを利用するためという理由等である。
特開平１１−２７０３０号公報

従来の携帯電話では、複数のアンテナ装置を設計した場合に、何れかのアンテナ装置が人体頭部へ強く輻射することになる可能性が高い。そのため、SARを低減するために、使用状態、電波環境などに応じて人体頭部への輻射を強く行うことがないアンテナ装置に切り替えて固定する制御方法が採られていた。しかし、この方法では、上記第１〜第３の理由により複数のアンテナを使用することの意義が失われる。

また、そもそもアンテナ装置を複数用いることは上記第１〜第３の理由から必要ではあるが、近年の携帯情報端末における高機能化および小型化への要求に応えられるものとはいえない。

特許文献１の平面アンテナでは、λ／２アンテナ無給電素子の位置を変更するための構造と空間が必要となり、やはり高機能化および小型化への要求に応えることは困難である。

上記事情を鑑みて、本発明では、SARを低減化し、通信性能を確保しつつも高機能化および小型化もできるように指向性を制御するアンテナ装置などを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、筐体中央部分に配置された給電部と、電波の出力または電波の取り込みを行う給電エレメントと、前記給電エレメントを挟んで略平行に配置された２つの無給電エレメントと、前記無給電エレメントのマッチングを切り替えるエレメント制御回路を有し、通信状態に応じて前記エレメント制御回路よるマッチングの切り替えを行い、アンテナの指向性を変更することを特徴とするアンテナ装置に関するものである。

ここで、前記エレメント制御回路は、前記無給電エレメントのマッチングを切り替えることにより、前記無給電エレメントを反射器もしくは輻射器として機能させ、または、前記無給電エレメントを無効化させることを特徴とする。特に、前記通信状態が通話である場合、前記エレメント制御回路よるマッチングの切り替えにおいて、前記無給電エレメントを反射器もしくは輻射器として機能させることを特徴とする。

本発明の他の態様は、前記アンテナ装置を搭載した携帯情報端末に関するものである。また、本発明の他の態様は、前記携帯情報端末のコンピュータに、前記アンテナ装置として機能させることを特徴とするプログラムに関するものである。また、本発明の他の態様は、前記プログラムを格納した記録媒体に関するものである。

本発明のアンテナ装置は、複数種類のアンテナ特性を有し、その指向性を適宜変更するように制御するので、SARを低減化し、通信性能を確保しつつも高機能化および小型化もできる。

以下、本発明のアンテナ装置を実施するための最良の形態を説明する。説明する際には本明細書と同時に提出する図面を適宜参照することにする。

図１は、携帯情報端末である折り畳み式の携帯電話１０の外観図である。この携帯電話１０は筐体Ｕと筐体Ｂを有しており、両筐体がヒンジ部１３において回転することにより図のように開いた状態と、折り畳むことにより閉じた状態を形成することができる。筐体Ｕには、通話相手の音声などを出力するスピーカ１１と、画像データを表示する液晶画面１２が設けられている。筐体Ｂには、数字、アルファベットなどの文字、オンフック、オフフックなどを入力する操作部１４と、利用者の音声を入力するマイク１５が設けられている。

図２は、筐体Ｂの内部の構造のうちアンテナ装置を構成する部品について図示したものである。携帯電話１０のアンテナ装置は給電部１００、２つの無給電エレメント２００、３００、２つのエレメント制御回路４００、５００、給電エレメント６００を有して構成されている。なお、携帯電話１０には、不図示であるが、上記アンテナ装置を構成する部品の処理動作及び図１で採り上げた部品の処理動作などを中央処理制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)と、当該ＣＰＵに中央処理制御を実行させるプログラムを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)と、電話番号のデータ、画像データなどのデータを一時的に記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)が設けられている。

給電部１００はアンテナ装置に電力を供給する素子であり、筐体Ｂの中央部分に位置している。給電部１００をこのような位置に配置することにより、他の部品が筐体Ｂ内部の何処に配置されていても、使用状態、電波環境などに応じて通信性能を維持できるように電力を供給することができる。つまり、アンテナ装置の設計上優位になる。従来のようにアンテナを切り替えて指向性を制御する方法と違って、給電部は一箇所で済むため、ラジオ周波数の切り替えスイッチ等が不要である。その分コストを低減でき、及び、通話時間に密接に関係する送信電力のロス、受信感度に関連のある受信電力のロスが大幅に削減でき、通話時間の伸長、受信感度の改善に寄与する結果となる。

無給電エレメント２００、３００は、給電エレメント６００と略並行に配置され、主に八木アンテナの反射器または輻射器として機能する金属棒である。どちらとして機能するかは後述のエレメント制御回路４００、５００の作用による。無給電エレメント２００は筐体Ｂの上部に携帯電話１０の長手方向に対し略垂直に配置されており、無給電エレメント３００は筐体Ｂの下部に携帯電話１０の長手方向に対し略垂直に配置されている。

エレメント制御回路４００、５００はそれぞれ無給電エレメント２００、３００のインピーダンスマッチングを行うマッチング回路を有している。そのマッチング回路によりマッチングを切り替えることにより、無給電エレメント２００、３００の状態を決定し、アンテナ装置の特性を変更することができる。

給電エレメント６００は、筐体Ｂの内部に携帯電話１０の長手方向に対し略垂直に配置され、主に八木アンテナの放射器として機能する金属棒である。通話やデータ通信を行うときに外部に電波を放射し、または、外部より電波を取り込むことができる。

図２に示すように、無給電エレメント２００、３００を互いに離して配置することにより、互いのnull点の位置が大きく変化することになり、他方のnull点をカバーすることができる。そして、給電部１００は筐体Ｂの中央部分に位置しているため、上述のように通信性能を維持することができ、設計上優位になる。

携帯電話１０のような折り畳み式の携帯情報端末において、筐体Ｕと筐体Ｂに制御信号などを通すフレキケーブルは必須である。そこで、基板上の部品を配線上のロスが少なくなるような設計をするためには、折り畳み部付近にまとめて配置すると良い。その場合、USIMなどの個人情報用カード、SDカード等の外部記憶装置等の通信と直接関係のない大型部品は折り畳み部付近に部品を配置した関係上、筐体の下部に配置すると良い。

エレメント制御回路４００、５００が各々対応する無給電エレメント２００、３００を八木アンテナの反射器として機能させるときには、マッチング回路によりマッチングを切り替えて給電エレメント６００よりもライン長を電気的に長くすれば良い。エレメント制御回路のこのような作用を「エレメントの反射器化」と呼ぶ。逆に、八木アンテナの輻射器として機能させるときには、マッチング回路によりマッチングを切り替えて給電エレメント６００よりもライン長を電気的に短くすれば良い。エレメント制御回路のこのような作用を「エレメントの輻射器化」と呼ぶ。エレメントの反射器化とエレメントの輻射器化を切り替えることによりアンテナ装置の指向性を変更することができる。

また、エレメント制御回路４００、５００は、無給電エレメント２００、３００が筐体Ｂとショート状態に整合するマッチングに切り替えることにより、反射器または輻射器としての機能を失わせ、筐体Ｂと同等の状態にすることができる。エレメント制御回路のこのような作用を「エレメントの無効化」と呼ぶ。

図３には、エレメント制御回路４００、５００の作用により、本形態のアンテナ装置の実現し得る指向性を図示している。利用者が携帯電話１０を開いた状態にして通話を行っているときの様子が描かれている。筐体Ｕはスピーカ１１が利用者の耳元にあてられるように位置し、筐体Ｂはマイク１５が利用者の口元に近づくように位置している。このとき、人体頭部へのSARを低減するためには、筐体Ｂ内部に設けられたアンテナ装置の指向性を、ＸＹ平面上において指向性Ａ及び指向性Ｂのようにする必要がある。アンテナ装置を携帯電話１０の下部に設ければこのような指向性を実現することは容易である。そして、エレメント制御回路４００、５００の作用により、指向性Ａ及び指向性Ｂの向き、規模、強度などを適宜制御することができる。このときは、勿論SARの低減しながら制御する点に留意する。

無給電エレメント２００、３００の双方を無効化することにより、給電エレメント６００をダイポールアンテナとして使用することができる。また、無給電エレメント２００、３００の一方を反射器化し、他方を輻射器化することにより八木アンテナとして使用することができる。さらに、無給電エレメント２００、３００の何れか一方を無効化することによりビームアンテナとして使用することができる。したがって、本形態のアンテナ装置はエレメント制御回路の上記作用により５種類のアンテナの使用方法を実現することができる。

アンテナ（１）：無給電エレメント２００、３００の双方を無効化してダイポールアンテナとして使用（このときは無指向性である。）
アンテナ（２）：無給電エレメント２００を輻射器化し、無給電エレメント３００を反射器化して八木アンテナとして使用（このとき、指向性Ａは大きく、指向性Ｂは小さい。）
アンテナ（３）：無給電エレメント２００を反射器化し、無給電エレメント３００を輻射器化して八木アンテナとして使用（このとき、指向性Ａは小さく、指向性Ｂは大きい。）
アンテナ（４）：無給電エレメント２００を輻射器化し、無給電エレメント３００を無効化してビームアンテナとして使用（このとき、指向性Ａは大きく、指向性Ｂは普通である。）
アンテナ（５）：無給電エレメント２００を反射器化し、無給電エレメント３００を無効化してビームアンテナとして使用（このとき、指向性Ａは普通であり、指向性Ｂは大きい。）

使用状況に最適なアンテナを選択することにより、通信性能の確保とnull点の改善化を図れる。また、アンテナ（１）のダイポールアンテナは無指向性のため、通話による頭部への輻射を抑えるためには使用しないほうが良いが、パケット通信のようなデータ通信を行うときには使用したほうが良い。このような点に留意すると、本形態のアンテナ装置の使用方法は図４に示すフローチャートのようになる。

利用者は携帯電話１０を使用するときは、通話を行うのかデータ通信としてのパケット通信（または待ち受け状態）を行うのか決定する（Ｓ０１）。通話を行うときは、エレメント制御回路の制御の下、アンテナ（２）から（５）のうち通信性能が最も良いものを選択する（Ｓ０２）。SAR低減のため無指向性のアンテナ（１）は使用しない。また、パケット通信（または待ち受け状態）を行うときは、エレメント制御回路の制御の下、アンテナ（１）から（５）のうち通信性能が最も良いものを選択する（Ｓ０３）。なお、通信性能の良し悪しは、RSSI,RSCP,BERなどにおける通信の品質に基づいて判断する。その後、選別したアンテナに切り替わるようにマッチングを切り替える（Ｓ０４）。これらのステップを通信性能を維持できるように繰り返す。

以上の説明より、本形態のアンテナ装置は、使用状態及び電波環境などに応じて５種類のアンテナのうち最適なものを選択することができるので、SAR対策を行なった上で、通信性能を確保することが可能である。特に、通話のときは無指向性のアンテナは選択しないようにすると良い。さらに、アンテナ装置の給電部を筐体の中央部分に配置したため、設計上優位にあり、アンテナ特性のロスを抑えられる。

なお、上述した形態は本発明のアンテナ装置などを実施するための最良のものであるがこれに限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形することが可能である。

携帯情報端末である折り畳み式の携帯電話１０の外観図である。 筐体Ｂの内部の構造のうちアンテナ装置を構成する部品について図示したものである。 本形態のアンテナ装置の実現し得る指向性を図示したものである。 本形態のアンテナ装置の使用方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 給電部
２００ 無給電エレメント
３００ 無給電エレメント
４００ エレメント制御回路
５００ エレメント制御回路
６００ 給電エレメント

Claims (6)

1. 筐体中央部分に配置された給電部と、
   電波の出力または電波の取り込みを行う給電エレメントと、
   前記給電エレメントを挟んで略平行に配置された２つの無給電エレメントと、
   前記無給電エレメントのマッチングを切り替えるエレメント制御回路を有し、
   通信状態に応じて前記エレメント制御回路よるマッチングの切り替えを行い、アンテナの指向性を変更することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記エレメント制御回路は、前記無給電エレメントのマッチングを切り替えることにより、前記無給電エレメントを反射器もしくは輻射器として機能させ、または、前記無給電エレメントを無効化させることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記通信状態が通話である場合、前記エレメント制御回路よるマッチングの切り替えにおいて、前記無給電エレメントを反射器もしくは輻射器として機能させることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載のアンテナ装置を搭載した携帯情報端末。
5. 請求項４に記載の携帯情報端末のコンピュータに、前記アンテナ装置として機能させることを特徴とするプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラムを格納した記録媒体。

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