JP2004336742A - 無線用アンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、SARを低減するアンテナとそれを用いた無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線信号を送受信する無線通信回路15に接続されたホイップアンテナ12を備えた無線通信装置において、負荷インピーダンス素子14は、導体板である無給電素子13と、無線通信回路15を含む無線通信装置の筐体11の接地との間に接続される。さらに、無線通信装置の送信時において筐体11に流れる電流値を所定値以下となるように負荷インピーダンス素子14の素子値を設定し又は制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように設定し又は制御する。
【選択図】図1
【解決手段】無線信号を送受信する無線通信回路15に接続されたホイップアンテナ12を備えた無線通信装置において、負荷インピーダンス素子14は、導体板である無給電素子13と、無線通信回路15を含む無線通信装置の筐体11の接地との間に接続される。さらに、無線通信装置の送信時において筐体11に流れる電流値を所定値以下となるように負荷インピーダンス素子14の素子値を設定し又は制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように設定し又は制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、無線用アンテナ装置、及びそれを用いた、携帯電話機や自動車電話機などの無線通信装置に関する。
近年、携帯電話機や自動車電話機等の無線通信装置が急速に普及している。これらの無線通信装置は年々小型化が進んでいる。その小型化によりアンテナからの電波の放射以外にも、無線通信装置の無線通信装置筐体からも電波が放射される。すなわち、無線通信装置全体で電磁波が放射される。
アンテナ及び無線通信装置から放射された電磁波の一部は人体に吸収される。放出された電波のうち、人体が電磁波を吸収する電力量の比率を比吸収率(以下、SAR(Specific Absorption rate)という。)で表す。ここ数年間、SARの値を抑制するガイドラインも作成され、SAR値を所定の規定値以下にすることが義務付けられている(例えば、非特許文献1参照)。例えば、携帯電話機は通話時に頭部に近接して用いられるために頭部の電波の吸収が大きい。特に、その筐体は、人間の耳又は頬と接するために、SARが最も大きくなる恐れがある。
図45は従来技術に係る無線用アンテナを備えた無線通信装置を人体の頭部に支持したときの正面図であり、図46は図45の無線通信装置の外観を示す斜視図である。
図45及び図46に図示した無線通信装置は、直方体形状の筐体1111の上部から上方方向にホイップアンテナ1112が延在するように設けられ、ホイップアンテナ1112側の裏面とは反対の前面(ユーザの顔面に対向する面)に対して平行となるように、筐体1111に接続された導体板1113が設けられている。上記筐体1111に導体板1113を接続することにより、当該無線通信装置からの矢印1113Aや1113Bで示される放射方向の電磁波のうち、人体方向への電磁波を遮蔽することができ、当該電波によるSARを軽減している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来技術に係る導体板1113はその形状に制限があり、無線通信装置から放射されるすべての電波を遮蔽することはできなかった。従って、一部の電波を遮蔽するだけでは、SAR低減の効果は十分とは言えない。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、きわめて簡単な構造で、無線通信装置から放射される電波を、従来技術に比較して実質的にほとんどの電波を人体に対して遮蔽することができ、SARを大幅に低減できる無線用アンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置を提供することにある。
第1の発明に係る無線用アンテナ装置は、無線信号を送受信する無線通信回路に接続されたアンテナを備えた無線用アンテナ装置において、
無給電素子と、
上記無給電素子と、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地との間に接続された負荷インピーダンス素子と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
無給電素子と、
上記無給電素子と、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地との間に接続された負荷インピーダンス素子と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
第2の発明に係る無線用アンテナ装置は、第1と第2のアンテナを備えた無線用アンテナ装置において、
上記第1のアンテナが、無線通信装置に設けられ無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第2のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地に接続する一方、上記第2のアンテナが無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第1のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して上記筐体の接地に接続するように切り換える切り換え手段と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
上記第1のアンテナが、無線通信装置に設けられ無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第2のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地に接続する一方、上記第2のアンテナが無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第1のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して上記筐体の接地に接続するように切り換える切り換え手段と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となる、上記負荷インピーダンス素子の素子値をテーブルとして記憶する記憶手段をさらに備え、上記制御手段は、上記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。とって代わって、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となる、上記負荷インピーダンス素子の素子値を、周波数毎にテーブルとして記憶する記憶手段をさらに備え、上記制御手段は、上記無線通信装置の通信周波数に基づいて、上記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。もしくは、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を測定する測定手段をさらに備え、上記制御手段は、上記測定された電流値に基づいて、上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。
また、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、互いに異なる素子値を有する複数のインピーダンス素子と、上記複数のインピーダンス素子のうちの1つを選択的に切り換えることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させるスイッチ手段とを備えたことを特徴とする。とって代わって、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、素子値を変化することが可能なインピーダンス素子を備え、上記素子値を変化することが可能なインピーダンス素子の素子値を変化させることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させることを特徴とする。もしくは、上記無線用アンテナ装置において、上記負荷インピーダンス素子は、可変容量ダイオードを含むインピーダンス回路を備え、上記可変容量ダイオードに印加する逆バイアス電圧を変化させて上記インピーダンス回路のインピーダンス値を変化させることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させることを特徴とする。
さらに、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサをさらに備え、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。とって代わって、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの体温を測定する温度センサとをさらに備え、上記温度センサにより測定された体温が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。もしくは、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの応力を測定するタッチセンサとをさらに備え、上記タッチセンサにより測定された応力が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。さらにとって代わって、上記無線用アンテナ装置において、上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの応力を測定するタッチセンサと、上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの体温を測定する温度センサとをさらに備え、上記温度センサにより測定された体温が所定値以上であり、上記タッチセンサにより測定された応力が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする。
またさらに、上記無線用アンテナ装置において、上記アンテナはモノポールアンテナ又はヘリカルアンテナであり、上記無給電素子は導体板であることを特徴とする。もしくは、上記無線用アンテナ装置において、上記第1のアンテナはモノポールアンテナ又はヘリカルアンテナであり、上記第2のアンテナは平面アンテナ又は逆F型アンテナであることを特徴とする。
第3の発明に係る無線通信装置は、上記無線用アンテナ装置と、上記アンテナ、もしくは上記第1のアンテナ又は上記第2のアンテナに接続され、無線信号を送受信する無線通信回路とを備えたことを特徴とする。ここで、上記無線通信装置は携帯無線通信装置であることを特徴とする。
従って、本発明に係る無線用アンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置によれば、きわめて簡単な構造で、無線通信装置から放射される電波を、従来技術に比較して実質的にほとんどの電波を人体に対して遮蔽することができ、SARを大幅に低減できる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
第1の実施形態.
図1は本発明に係る第1の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
図1は本発明に係る第1の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
図1において、無線通信装置の筐体11内に設けられる無線通信回路15は、無線送信機回路17と、無線受信機回路18と、1つの(1/4)波長ホイップアンテナ12を2つの回路17,18で共用するためのサーキュレータ16とを備えて構成される。ここで、無線送信機回路17は、入力される音声信号やデータ信号に対して変調、高域周波数変換、電力増幅などの処理を実行して、無線送信信号を発生し、当該無線送信信号は、サーキュレータ16、給電ケーブル25及び給電点Qを介してホイップアンテナ12に出力され、当該無線送信信号の電波がホイップアンテナ12から放射される。また、ホイップアンテナ12で受信された無線受信信号は給電点Q、給電ケーブル25及びサーキュレータ16を介して無線受信機回路18に入力されて、低雑音増幅、低域周波数変換、復調などの処理がなされる。
一方、当該筐体11内において、無給電素子13及び負荷インピーダンス素子14が設けられる。ここで、無給電素子13は例えば矩形の平板導体板であって、筐体11の前面(ユーザである人間の頭部に対応する面)に対して例えば平行であって筐体11と電磁的に結合するように近接して設けられる。当該無給電素子13は、負荷インピーダンス素子14に接続されるとともに、当該負荷インピーダンス素子14を介して筐体11に接続されて接地される。
図2は実験測定アンテナである半波長ダイポールアンテナ20から放射される電波の近傍電磁界において半波長ダイポールアンテナ20の長手方向の位置に対する、正規化された磁界の二乗値と、正規化された比吸収率(SAR)の関係を示したグラフである。図2において、無線送信機回路17からの送信信号は、2本のアンテナ素子21,22からなる半波長ダイポールアンテナ20に給電され、そのときの近傍磁界を磁界プローブを用いて検出するとともに、近傍電界を電界プローブを用いて公知の電界プローブ法(例えば、非特許文献2参照)を用いて測定し、次式を用いて計算することにより測定したものである。
[数1]
SAR=(σ・E2)/ρ (1)
SAR=(σ・E2)/ρ (1)
ここで、SARの単位はW/kgであり、σは人体組織(誘電体)の導電率であり、Eは人体への電界強度であり、ρは人体組織(誘電体)の比重である。
図2から明らかなように、近傍磁界の二乗値H2とSARは、ほぼ同一の分布になることが分かる。これより、近傍磁界の二乗値H2とSARは互いに比例することが分かる。また、近傍磁界Hは公知の通りアンテナ電流に比例するので、電流の二乗値はSARに比例する。すなわち、電流の分布を変化させることにより、SARを変化させることが可能になる。
ところで、ホイップアンテナ12から電波を放射している場合、当該無線通信装置の筐体11には例えば、図3に示すように、筐体11の上部の給電点Qに向かって筐体電流が流れている。そこで、本発明者らは、無線通信装置の筐体11に流れる電流を下げ、あるいは、電流分布を分散させ、局所的な最大値を下げることによりSARを下げることを以下の方法で行うことを発明した。無線通信装置の筐体11に流れる電流を変化させるために、図1に示すように、無線通信装置に無給電素子13を設けている。無給電素子13は、負荷インピーダンス素子14を介して筐体11に接続されて接地されており、この負荷インピーダンス素子14のインピーダンス値を変化させることにより、筐体11を流れる電流値を変化させる。これにより、筐体11に流れる電流分布が局所的に大きくなることを抑え、SARを低減させることができる。
図3は第1の実施形態に係る送信周波数f=900MHzの無線通信装置モデルの斜視図であり、図4は図3の無線通信装置モデルの給電点Q付近において発生する電流を示す断面図である。
図3において、ホイップアンテナ12は、筐体11の上面の手前角部(裏面に近接した側)から上方に延在するように設けられ、当該角部において給電点Qを有する。また、遮蔽用の矩形導体板である無給電素子13は、筐体11の前面の上部に対して対向しかつ近接して設けられ、当該無給電素子13の上辺の一点から負荷インピーダンス素子14を介して筐体11の前面上部に接続されるとともに、当該無給電素子13の上辺の別の一点から短絡線19を介して筐体11の前面上部に接続されて接地されている。
図3の無線通信装置モデルの実施例において、ホイップアンテナ12はモノポールアンテナであって、全長83mmの金属線により構成されている。また、無給電素子13は35mm×60mmの金属平板にてなり、短絡線19により筐体11に短絡されて接地されている。この実施例は、900MHz用の携帯電話機のためのモデルである。SARは、放射源との距離が遠くなると急激に小さくなる。逆に人体と接するところでは、大きくなり、電流密度が最大とならない場合でもSARが最大となることもある。ここで、この実施例では、通話時に人体の頬に接する点をA点(図3参照)についても電流値を調べる。なお、給電点Qにおける筐体電流及び給電電流は図4に示すように流れる。
図5は送信周波数f=850,900,950MHzの送信信号の送信時において、図3の無給電素子13に接続されている負荷インピーダンス素子14のリアクタンス値Xを変化したときの無線通信装置の筐体11に流れる最大電流値を示すグラフである。図5、図6、図14及び図15のグラフにおいては、一例としてモノポールアンテナに給電し、逆F型板状アンテナに負荷インピーダンス素子を接続した場合に、モノポールアンテナに1Wの電力を加えた場合の電流値を示す。
図5において、周波数f=900MHzにおいては、リアクタンス値Xを−200〜200Ωまで変化させた場合、図5から明らかなように、リアクタンス値Xが0Ωで最大電流値は最大となり、0Ωから離れるにつれ、電流最大値は低下していく。このとき、最大電流値を10mA以下にするにはリアクタンス値XがX<−25Ω、又はX>20Ωにすればよいことがわかる。また、周波数fを変化することより、電流が最大となる負荷インピーダンスが変化していることが分かる。しかしながら、負荷インピーダンスの絶対値が大きくなると電流が下がることが分かる。すなわち、|Z|>100[Ω]のときにすべての周波数で8mA以下を実現できる。
図6は送信周波数f=850,900,950MHzの送信信号の送信時において、図3の無給電素子13に接続されている負荷インピーダンス素子14のリアクタンス値Xを変化したときの無線通信装置の筐体11上のA点で流れる電流値を示すグラフである。図6のグラフでは、図3における通話時に頬に接する筐体11上のA点での電流の変化を示しており、このとき、周波数f=900MHzにおいて、A点の電流値を例えば2mA(しきい値)以下にするようにするためには、リアクタンス値Xを5Ω<X<50Ωにするようにすればよい。図5及び図6から明らかなように、リアクタンス値Xを20〜50Ωにすれば、最大電流値と、図3のA点における局所的な電流が小さくなり、SARを全体的に小さく抑えて所定値以下にすることができる。また、周波数fを変化することにより、電流が最小となる負荷インピーダンスが変化していることが分かる。しかしながら、負荷インピーダンスの絶対値が大きくなると電流が下がることが分かる。すなわち、Z>−j50[Ω]のときにすべての周波数で1mA以下を実現できます。さらに、図5及び図6から、Z>j100[Ω]のときに最大電流8mA以下、A点に置いて1mA以下を実現できる。
本実施形態においては、図5に基づいて、各周波数毎に、筐体11上に流れる最大電流値を所定のしきい値以下となるような負荷インピーダンス素子のリアクタンス値を図11のテーブルメモリ61に予め記憶しておき、使用する周波数に応じてリアクタンス値を調整することが好ましい。また、図6に基づいて、各周波数毎に、筐体11上のA点(人体に最も近接する位置の点の一例)に流れる最大電流値を所定のしきい値以下となるような負荷インピーダンス素子のリアクタンス値を図11のテーブルメモリ61に予め記憶しておき、使用する周波数に応じてリアクタンス値を調整することが好ましい。これらの変形例としては、後述電流検出方法を用いて、筐体11の所定の点(例えばA点)を流れる電流を実測し、測定された電流値に基づいて、当該電流値が所定のしきい値以下となるように負荷インピーダンス素子のリアクタンス値を制御してもよい。
以上の実施形態においては、矩形形状の平板導体にてなる無給電素子13を用いたが、本発明はこれに限らず、無給電素子として、線状導体や、矩形形状の平板導体に対してスリットを形成してなる導体板などを用いてもよく、これにより、上記の無給電素子13と同様の作用効果を得ることができる。
図7(a)は図1の負荷インピーダンス素子14の第1の実施例である負荷インピーダンス素子14aの構成を示す回路図であり、図7(b)は図1の負荷インピーダンス素子14の第2の実施例である負荷インピーダンス素子14bの構成を示す回路図であり、図7(c)は図1の負荷インピーダンス素子14の第3の実施例である負荷インピーダンス素子14cの構成を示す回路図であり、図7(d)は図1の負荷インピーダンス素子14の第4の実施例である負荷インピーダンス素子14dの構成を示す回路図である。すなわち、図1又は図3の負荷インピーダンス素子14は、図7(a)乃至図7(d)に示す負荷インピーダンス素子14a,14b,14c,14dであってもよい。
ここで、リアクタンス値Xを正に設定するときは、図6(a)に示すように、図1の無給電素子13に接続される端子T1と、筐体接地との間に、接地に対して直列接続されたインダクタL1により負荷インピーダンス素子14aを構成して挿入する。また、リアクタンス値Xを負に設定するときは、図6(b)に示すように、図1の無給電素子13に接続される端子T1と、筐体接地との間に、接地に対して直列接続されたキャパシタC1により負荷インピーダンス素子14bを構成して挿入する。さらに、図6(c)に示すように、図1の無給電素子13に接続される端子T1と、筐体接地との間に、キャパシタC2とインダクタL2の直列回路により負荷インピーダンス素子14cを構成して挿入する。またさらに、図6(d)に示すように、図1の無給電素子13に接続される端子T1と、筐体接地との間に、キャパシタC3とインダクタL3の並列回路により負荷インピーダンス素子14dを構成して挿入する。ここで、これらのインダクタL1,L2,L3は、例えばチップインダクタ、もしくは例えばメアンダ形状の導体線などで構成することができる。また、これらのキャパシタC1,C2,C3はチップキャパシタ、もしくは平行平板キャパシタやMIMキャパシタなどで構成することができる。前者のチップインダクタやチップキャパシタを用いることにより、無線通信装置を大幅に小型化できる。
また、負荷インピーダンス素子14として、接地側の一端が短絡又は開放である分布定数線路である、例えば同軸線路の分布定数線路を用いることもできる。このときもその終端条件や線路長に依存してインピーダンスを変更して設定することができ、図7(a)乃至(d)の各負荷インピーダンス素子14a乃至14dと同様にリアクタンス値Xを変更するなどの同様な効果を得ることができる。さらに、分布定数線路として、同軸線路の代わりにマイクロストリップ線路を用いてもよい。この場合、携帯電話機などの無線通信装置の基板上に形成することができる。このように構成することにより、無線通信装置の部品数の削減と、小型薄型化を実現できるという特有の効果がある。
第2の実施形態.
図8は本発明に係る第2の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図8に示すように、第2の実施形態に係る無線通信装置は、筐体11の上部から上方に延在するホイップアンテナ12と、筐体11内に設けられた平面アンテナ23とを備え、これら2つのアンテナ12,23は空間ダイバーシチを構成している。
図8は本発明に係る第2の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図8に示すように、第2の実施形態に係る無線通信装置は、筐体11の上部から上方に延在するホイップアンテナ12と、筐体11内に設けられた平面アンテナ23とを備え、これら2つのアンテナ12,23は空間ダイバーシチを構成している。
図8において、筐体11内において、平面アンテナ23及び2個の負荷インピーダンス素子31,41が設けられる。ここで、平面アンテナ23は例えば矩形の平板導体板であって、筐体11の前面(ユーザである人間の頭部に対応する面)に対して例えば平行であって筐体11と電磁的に結合するように近接して設けられる。
図8の無線通信装置において、スイッチ30が接点a側に切り換えられたとき、無線通信装置の筐体11内に設けられる無線通信回路15からの無線送信信号は、スイッチ30の接点a側、給電ケーブル25及び給電点Qを介して(1/4)波長ホイップアンテナ12に出力された後、無線送信信号の電波がホイップアンテナ12から放射される。ここで、給電点Qはスイッチ32及び負荷インピーダンス素子31を介して筐体11に対して接地される。また、スイッチ30が接点b側に切り換えられたとき、無線通信回路15からの無線送信信号は、スイッチ30の接点b側を介して平面アンテナ23に出力された後、無線送信信号の電波が当該平面アンテナ23から放射される。ここで、平面アンテナ23はスイッチ42及び負荷インピーダンス素子41を介して筐体11に対して接地される。
以上のように構成された無線通信装置において、例えばホイップアンテナ12で受信された受信信号の強度が平面アンテナ23で受信された受信信号の強度よりも大きい場合は、スイッチ30は接点a側に切り換えられて、ホイップアンテナ12を用いて無線信号を送受信する。このとき、スイッチ32をオフとし、スイッチ42をオンとすることにより、平面アンテナ23は無線通信回路15から電気的に切り離されるとともに、スイッチ42及び負荷インピーダンス素子41を介して接地される。この場合において、平面アンテナ23は第1の実施形態に係る無給電素子13と同様に動作し、負荷インピーダンス素子41のリアクタンス値Xを、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくし、当該筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。ここで、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を実質的に最小値になるように設定して、SARを最小値に設定することが好ましい。
一方、例えば平面アンテナ23で受信された受信信号の強度がホイップアンテナ12で受信された受信信号の強度よりも大きい場合は、スイッチ30は接点b側に切り換えられて、平面アンテナ23を用いて無線信号を送受信する。このとき、スイッチ32をオンとし、スイッチ42をオフとすることにより、ホイップアンテナ12は無線通信回路15から電気的に切り離されるとともに、スイッチ32及び負荷インピーダンス素子31を介して接地される。この場合において、ホイップアンテナ12は第1の実施形態に係る無給電素子13と同様に動作し、負荷インピーダンス素子31のリアクタンス値Xを、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくし、当該筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
以上の第2の実施形態において、各負荷インピーダンス素子31,41として、例えば、図7(a)乃至(d)に示す負荷インピーダンス素子14a乃至14dを用いてもよい。また、負荷インピーダンス素子31,41として、接地側の一端が短絡又は開放である分布定数線路である、例えば同軸線路の分布定数線路を用いることもできる。このときもその終端条件や線路長に依存してインピーダンスを変更して設定することができ、図7(a)乃至(d)の各負荷インピーダンス素子14a乃至14dと同様にリアクタンス値Xを変更するなどの同様な効果を得ることができる。さらに、分布定数線路として、同軸線路の代わりにマイクロストリップ線路を用いてもよい。この場合、携帯電話機などの無線通信装置の基板上に形成することができる。このように構成することにより、無線通信装置の部品数の削減と、小型薄型化を実現できるという特有の効果がある。
以上のように構成された第2の実施形態に係る無線通信装置においては、2つのアンテナ12,23を用いて、空間ダイバーシチ方式で無線信号を送受信することができるとともに、第1の実施形態に係る無線通信装置と同様の作用効果を有する。
以上の実施形態においては、ホイップアンテナ12と平面アンテナ23とを備えているが、本発明はこれに限らず、平面アンテナ23はその代わりにホイップアンテナや逆F型アンテナなどで構成してもよく、ホイップアンテナ12はその代わりに平面アンテナ又は逆F型アンテナなどで構成してもよい。
第3の実施形態.
図9は本発明に係る第3の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図9に示すように、第2の実施形態に係る無線通信装置は、筐体11の上部から上方に延在するホイップアンテナ12と、筐体11内に設けられた平面アンテナ23とを備え、これら2つのアンテナ12,23は空間ダイバーシチを構成するとともに、図8の第2の実施形態に係る2個の負荷インピーダンス素子31,41及び2個のスイッチ32,42に代えて、リアクタンス値Xを変化することができる1個の負荷インピーダンス素子51及び1個の切り換えスイッチ52で構成したことを特徴としている。
図9は本発明に係る第3の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図9に示すように、第2の実施形態に係る無線通信装置は、筐体11の上部から上方に延在するホイップアンテナ12と、筐体11内に設けられた平面アンテナ23とを備え、これら2つのアンテナ12,23は空間ダイバーシチを構成するとともに、図8の第2の実施形態に係る2個の負荷インピーダンス素子31,41及び2個のスイッチ32,42に代えて、リアクタンス値Xを変化することができる1個の負荷インピーダンス素子51及び1個の切り換えスイッチ52で構成したことを特徴としている。
図9において、筐体11内において、平面アンテナ23及び1個の負荷インピーダンス素子51が設けられる。ここで、平面アンテナ23は例えば矩形の平板導体板であって、筐体11の前面(ユーザである人間の頭部に対応する面)に対して例えば平行であって筐体11と電磁的に結合するように近接して設けられる。
図9の無線通信装置において、例えばホイップアンテナ12で受信された受信信号の強度が平面アンテナ23で受信された受信信号の強度よりも大きい場合は、スイッチ30が接点a側に切り換えられ、これに伴って連動して切り換えスイッチ52が接点b側に切り替えられる。このとき、無線通信装置の筐体11内に設けられる無線通信回路15からの無線送信信号は、スイッチ30の接点a側、給電ケーブル25及び給電点Qを介して(1/4)波長ホイップアンテナ12に出力された後、無線送信信号の電波がホイップアンテナ12から放射される。また、平面アンテナ23は切り換えスイッチ52の接点b側及び負荷インピーダンス素子51を介して接地される。この場合において、平面アンテナ23は第1の実施形態に係る無給電素子13と同様に動作し、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくし、当該筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
一方、例えば平面アンテナ23で受信された受信信号の強度がホイップアンテナ12で受信された受信信号の強度よりも大きい場合は、スイッチ30が接点b側に切り換えられ、これに伴って連動して切り換えスイッチ52が接点a側に切り替えられる。このとき、無線通信装置の筐体11内に設けられる無線通信回路15からの無線送信信号は、スイッチ30の接点b側を介して平面アンテナ23に出力された後、無線送信信号の電波が平面アンテナ23から放射される。また、ホイップアンテナ12は切り換えスイッチ52の接点a側及び負荷インピーダンス素子51を介して接地される。この場合において、ホイップアンテナ12は第1の実施形態に係る無給電素子13と同様に動作し、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくし、当該筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
図10(a)は図9の負荷インピーダンス素子51の第1の実施例である負荷インピーダンス素子51aの構成を示す回路図であり、図10(b)は図9の負荷インピーダンス素子51の第2の実施例である負荷インピーダンス素子51bの構成を示す回路図であり、図10(c)は図9の負荷インピーダンス素子51の第3の実施例である負荷インピーダンス素子51cの構成を示す回路図であり、図10(d)は図9の負荷インピーダンス素子51の第4の実施例である負荷インピーダンス素子51dの構成を示す回路図である。すなわち、図9の負荷インピーダンス素子51は、図10(a)乃至図10(d)に示す負荷インピーダンス素子51a,51b,51c,51dであってもよい。
ここで、図10(a)に示すように、図9の切り換えスイッチ52の共通端子に接続される端子T2と、筐体接地との間に、インダクタL11及び可変容量ダイオードD1の直列回路により負荷インピーダンス素子51aを構成して挿入する。また、図10(b)に示すように、図9の切り換えスイッチ52の共通端子に接続される端子T2と、筐体接地との間に、インダクタL12及び可変容量ダイオードD2の並列回路により負荷インピーダンス素子51bを構成して挿入する。さらに、図10(c)に示すように、図9の切り換えスイッチ52の共通端子に接続される端子T2と、筐体接地との間に、キャパシタC11及び可変容量ダイオードD3の並列回路により負荷インピーダンス素子51cを構成して挿入する。またさらに、図10(d)に示すように、図9の切り換えスイッチ52の共通端子に接続される端子T2と、筐体接地との間に、キャパシタC12及び可変容量ダイオードD4の直列回路により負荷インピーダンス素子51dを構成して挿入する。
図10(a)乃至図10(d)の各実施例において、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4に対して印加する逆バイアス電圧を変化させることにより、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4の容量値を変化させることができる。これらの変化制御は、例えば、後述する図11のコントローラ60により実行することができる。コントローラ60に接続されたテーブルメモリ61には、周波数毎に、SARを所定のしきい値以下に低減できる負荷インピーダンス素子のリアクタンス値が予め格納されており、コントローラ60は、テーブルメモリ60内のデータを参照して、使用周波数に応じて各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4の容量値を変化させて、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくし、当該筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
ここで、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4に対して印加する逆バイアス電圧の変化幅を大きくすることにより、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4の容量値の変化幅を大きくすることができ、負荷インピーダンス素子51a乃至51dのリアクタンス値Xの変化幅も大きくすることができる。一方、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4に対して印加する逆バイアス電圧の変化幅を小さくすることにより、各可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4の容量値の変化幅を小さくすることができ、負荷インピーダンス素子51a乃至51dのリアクタンス値Xの変化幅も小さくすることができる。
また、負荷インピーダンス素子51として、接地側の一端が短絡又は開放である分布定数線路である、例えば同軸線路の分布定数線路を用いることもできる。このときもその終端条件や線路長に依存してインピーダンスを変更して設定することができ、図10(a)乃至図10(d)の各負荷インピーダンス素子51a乃至51dと同様にリアクタンス値Xを変更するなどの同様な効果を得ることができる。さらに、分布定数線路として、同軸線路の代わりにマイクロストリップ線路を用いてもよい。この場合、携帯電話機などの無線通信装置の基板上に形成することができる。このように構成することにより、無線通信装置の部品数の削減と、小型薄型化を実現できるという特有の効果がある。
以上のように構成された第3の実施形態に係る無線通信装置においては、2つのアンテナ12,23を用いて、空間ダイバーシチ方式で無線信号を送受信することができるとともに、第1の実施形態に係る無線通信装置と同様の作用効果を有する。
以上の実施形態においては、可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4を用いているが、本発明はこれに限らず、可変キャパシタ、可変インダクタなど、素子値を変化することが可能なインピーダンス素子を用いてもよい。
第4の実施形態.
図11は本発明に係る第4の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。この第4の実施形態に係る無線通信装置は、図1の第1の実施形態に係る無線通信装置に比較して、以下の点が異なる。
(1)負荷インピーダンス素子14に代えて、リアクタンス値Xを変化することができる図9の負荷インピーダンス素子51を備えたこと。
(2)上記負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xをコントローラ60により制御すること。
図11は本発明に係る第4の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。この第4の実施形態に係る無線通信装置は、図1の第1の実施形態に係る無線通信装置に比較して、以下の点が異なる。
(1)負荷インピーダンス素子14に代えて、リアクタンス値Xを変化することができる図9の負荷インピーダンス素子51を備えたこと。
(2)上記負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xをコントローラ60により制御すること。
ここで、負荷インピーダンス素子51は、例えば、図10に示すように、可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4を含むインピーダンス素子であって、そのリアクタンス値Xはコントローラ60によって制御される。コントローラ60は、可変容量ダイオードD1,D2,D3,D4に印加する逆バイアス電圧(すなわち、その容量値)を、第1の実施形態と同様に、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくなるように調整して設定することにより、筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
図12は本発明に係る第4の実施形態の変形例である無線用アンテナを備えた無線通信装置の一部の構成を示すブロック図であり、その他の構成(筐体11、ホイップアンテナ12及び無線通信回路15)は図11と同様である。当該変形例は、図11の第4の実施形態に比較して、以下の点が異なる。
(1)負荷インピーダンス素子51に代えて、それぞれ互いに異なる固定のインピーダンス値Z1,Z2,Z3,Z4を有する4個の負荷インピーダンス素子71,72,73,74及び切り換えスイッチ62を備えたこと。
(2)コントローラ60に代えてテーブルメモリ61が接続されたコントローラ60aを備えたこと。
(1)負荷インピーダンス素子51に代えて、それぞれ互いに異なる固定のインピーダンス値Z1,Z2,Z3,Z4を有する4個の負荷インピーダンス素子71,72,73,74及び切り換えスイッチ62を備えたこと。
(2)コントローラ60に代えてテーブルメモリ61が接続されたコントローラ60aを備えたこと。
図12において、切り換えスイッチ62は4個の接点a,b,c,d及び共通端子を有し、コントローラ60aにより制御されて、その共通端子を4個の接点a,b,c,dのいずれか1つの接点に接続する。ここで、スイッチ62の接点aは負荷インピーダンス素子71を介して接地され、スイッチ62の接点bは負荷インピーダンス素子72を介して接地されスイッチ62の接点cは負荷インピーダンス素子73を介して接地されスイッチ62の接点dは負荷インピーダンス素子74を介して接地される。
以上のように構成された無線通信装置の回路において、切り換えスイッチ62を接点aに切り換えたとき、平面アンテナ23は切り換えスイッチ62の接点a及び負荷インピーダンス素子71を介して接地される。また、切り換えスイッチ62を接点bに切り換えたとき、平面アンテナ23は切り換えスイッチ62の接点b及び負荷インピーダンス素子72を介して接地される。さらに、切り換えスイッチ62を接点cに切り換えたとき、平面アンテナ23は切り換えスイッチ62の接点c及び負荷インピーダンス素子73を介して接地される。またさらに、切り換えスイッチ62を接点dに切り換えたとき、平面アンテナ23は切り換えスイッチ62の接点d及び負荷インピーダンス素子74を介して接地される。これらの負荷インピーダンス素子71乃至74の切り換え制御は、コントローラ60aにより、第1の実施形態と同様に、テーブルメモリ61内のテーブルを参照して、当該無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくなるような1個の負荷インピーダンス素子(71乃至74のうちの1つ;実質的に最小の電流値となることが好ましい。)を選択的に切り換えることにより、筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。
図12の変形例に係る無線通信装置の回路においては、4個の負荷インピーダンス素子71乃至74を備えているが、本発明はこれに限らず、複数個の負荷インピーダンス素子を備えてもよい。
図13は第4の実施形態に係る送信周波数f=1.5GHzの無線通信装置モデルの斜視図である。この無線通信装置モデルにおいて、ホイップアンテナ12は、図3の無線通信装置モデルと同様に、筐体11の上面の手前角部(裏面に近接した側)から上方に延在するように設けられ、当該角部において給電点Qを有する。また、遮蔽用の矩形導体板である無給電素子13は、筐体11の前面の上部に対して対向しかつ近接して設けられ、当該無給電素子13の上辺の一点から負荷インピーダンス素子51を介して筐体11の前面上部に接続されるとともに、当該無給電素子13の上辺の別の一点から短絡線19を介して筐体11の前面上部に接続されて接地されている。ここで、モノポールアンテナであるホイップアンテナ12は50mmの金属線により構成され、無給電素子13は35mm×60mmの金属平板を用いた。
図14は送信周波数f=900MHz及び1.5GHzの送信信号の送信時において、図11又は図13の無給電素子13に接続されている負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを変化したときの無線通信装置の筐体11に流れる最大電流値を示すグラフである。図14から明らかなように、送信周波数f=900MHzの送信信号の送信時においては、最大電流値はリアクタンス値X=約−20Ωで最大となり、リアクタンス値Xが+100Ω以上又は−100Ω以下で約5mA以下となっている。一方、送信周波数f=1.5GHzの送信信号の送信時においては、最大電流値はリアクタンス値Xが変化しても−230〜200Ωの範囲で変化量が比較的小さく、しかも6mA以下となっており、リアクタンス値Xの設定値は−230〜200Ωのどの値でも良いことがわかる。
図15は送信周波数f=900MHz及び1.5GHzの送信信号の送信時において、図11又は図13の無給電素子13に接続されている負荷インピーダンス素子14のリアクタンス値Xを変化したときの無線通信装置の筐体11上のA点で流れる電流値を示すグラフである。図15から明らかなように、送信周波数f=1.5GHzの送信信号の送信時においては、A点の電流値を最小にするリアクタンス値Xは−180Ωとなっている。一方、送信周波数f=900MHzの送信信号の送信時においては、A点の電流値はリアクタンス値Xは、リアクタンス値Xが−30Ωで最大となり、リアクタンス値Xが+20Ωで最小となっている。このことから、送信周波数fが変化すると、無線通信装置の筐体11に流れる電流が最小となるリアクタンス値Xも変化することが分かる。なお、無給電素子13は、無線通信装置の筐体11の内側又は外側に設けられ、より好ましくは、人体の影響を少なくするために、図15及び図18に示すように、人体と接する面とは反対の側の筐体の面の近傍に設けられる。
従って、多数の周波数で動作する無線通信装置において、図11又は図12に示す回路構成にすれば、送信周波数が変化したときに、コントローラ60,60aにより負荷インピーダンス素子51を制御し、そのリアクタンス値Xを当該無線通信装置の筺体11に流れる電流値を小さくするように、より好ましくは実質的に最小値となるように設定することができる。従って、筐体11の前面における近傍磁界を小さくするように設定することにより、SARを大幅に低減することができる。具体的には、例えば、動作周波数に応じてA点の電流値が最小となるリアクタンス値Xを予め実験により求めておいてテーブルメモリ61に格納し、コントローラ60,60aは、当該無線通信装置全体を制御するコントローラ(図示せず。)からの動作周波数情報に基づいて、当該テーブルメモリ61を参照して負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xが実質的にA点の最小電流値となるように制御してSARを低減するように構成する。
第5の実施形態.
図16は本発明に係る第5の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。この第5の実施形態に係る無線通信装置は、図11の第4の実施形態に係る無線通信装置に比較して以下の点が異なる。
(1)コントローラ60に代えて、テーブルメモリ61が接続されたコントローラ70を備えた。
(2)コントローラ70に人体近接感知センサ71sを接続した。
図16は本発明に係る第5の実施形態である無線用アンテナを備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。この第5の実施形態に係る無線通信装置は、図11の第4の実施形態に係る無線通信装置に比較して以下の点が異なる。
(1)コントローラ60に代えて、テーブルメモリ61が接続されたコントローラ70を備えた。
(2)コントローラ70に人体近接感知センサ71sを接続した。
図16において、人体近接感知センサ71sは、例えば赤外線を用いて人体が近接したか否かを検出するものであり、当該センサ71sから人体に向けて赤外線を放射し、その反射波を検出することにより人体までの距離や反射波の強度に基づいて人体の近接を検出する。人体が無線通信装置の筐体11に例えば約10mm以下の距離で近接するとき、人体近接感知センサ71sはその人体の近接を検出し、その検出信号をコントローラ70に出力する。コントローラ70は当該検出信号に応答して、負荷インピーダンス素子51の制御処理を開始し、テーブルメモリ61内の制御データを参照して、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを当該無線通信装置の筺体11のA点に流れる電流値を小さくし、SARを低減するように制御する。
図17は本発明に係る第5の実施形態の変形例である無線用アンテナを備えた無線通信装置の一部の構成を示すブロック図である。この変形例は、図16の人体近接感知センサ71sを図12の無線通信装置に適用したものである。図17において、コントローラ70aは、人体近接感知センサ71sからの検出信号に応答して、負荷インピーダンス素子71乃至74を選択的に切り換えるスイッチ62の制御処理を開始し、テーブルメモリ61内の制御データを参照して当該無線通信装置の筺体11のA点に流れる電流値を小さくなるような1個の負荷インピーダンス素子(71乃至74のうちの1個)を選択し、これにより、当該無線通信装置の筺体11のA点に流れる電流値を小さくし、好ましくは実質的に最小値となるようにしてSARを大幅に低減する。
図18は図16の無線通信装置からの放射パターンを測定したときの無線通信装置に対して設けたXYZ座標系の方向を示す斜視図であり、図18において、当該無線通信装置の前面(キーボード、マイクロホン、スピーカ用音孔部がある前面)に対して垂直な方向であって人体に向かう方向をX方向とし、当該前面の横方法又は水平方向をY方向とし、ホイップアンテナ12の長手方向であって上方に向かう方向をZ方向としている。
図19は図16の無線通信装置において図16の無給電素子13に接続されている負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを変化したときの水平面(図16のXY平面)の平均化利得を示すグラフである。ここで、平均化利得とは、全方位角での平均利得をいう。図19から明らかなように、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xが変化すると、放射平均化利得も変化していることが分かる。当該放射平均化利得が1dBiよりも大きくなるリアクタンス値XはX>40Ω又はX<−100のときである。一方、図5の最大電流値と図6の局所的なA点の電流において、リアクタンス値Xを20〜50Ωにしたときに、最大電流値と局所電流値が小さくなる。このリアクタンス値の範囲で図19の平均化利得が1dBiよりも大きくなるのは、リアクタンス値Xが50Ωのときであることが分かる。
図20(a)は図16の無線通信装置からの放射パターンを測定したときの実験結果であってXY平面の放射パターンを示す平面図であり、図20(b)は当該実験結果であってYZ平面の放射パターンを示す平面図であり、図20(c)は当該実験結果であってZX平面の放射パターンを示す平面図である。図20の各図において、Pθはアンテナの長手方向からの角度θに係る放射相対利得(半波長ダイポールアンテナを基準とした)のθ成分を示し、Pφはアンテナの長手方向を含む平面上での方位角の角度φに係る放射相対利得(半波長ダイポールアンテナを基準とした)のφ成分を示している。
図20の放射パターンの測定時において、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xは50Ωである。このとき、放射平均化利得は1.42dBiとなり、筐体11の電流値は5.7mAとなり、A点での電流値は2.0mAとなる。従って、リアクタンス値Xが50Ωのときに、本実施形態に係るアンテナは比較的大きな放射利得で強く放射し、SAR値が比較的低くなるので、最適値であるといえる。
また、図16又は図17の実施形態において、人体が近接していないときは負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを放射利得が大きくなるリアクタンス値Xにする一方、人体が近接しているときは、無線通信装置の筐体11に流れる電流を小さくするリアクタンス値Xにすることも可能である。例えば、人体が近接していないときは、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを100Ω〜200Ωにする一方、人体が近接したときは、負荷インピーダンス素子51のリアクタンス値Xを50Ωにする。このように制御することで、SARの低減と放射利得の向上が可能となる。
以上の実施形態において、当該無線通信装置全体を制御するコントローラ(図示せず。)からの通話中であることを示す通話中信号を受信しているときのみ、人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信して、それを考慮した負荷インピーダンス素子51の制御を行うようにしてもよい。
他の変形例.
図21は本発明に係る第1の変形例である無線用アンテナを備えた無線通信装置の一部の構成を示すブロック図である。以上の実施形態で用いたホイップアンテナ12に代えて、図21のヘリカルアンテナ81を用いてもよい。
図21は本発明に係る第1の変形例である無線用アンテナを備えた無線通信装置の一部の構成を示すブロック図である。以上の実施形態で用いたホイップアンテナ12に代えて、図21のヘリカルアンテナ81を用いてもよい。
図22は本発明に係る第2の変形例である無線用アンテナを備えた無線通信装置の一部の構成を示すブロック図である。以上の実施形態で用いたホイップアンテナ12に代えて、図22のアンテナ装置90を用いてもよい。アンテナ装置90は、ヘリカルアンテナ91と(1/4)波長ホイップアンテナ92とを電気的絶縁部93である誘電体部を介して、互いに長手方向が実質的に同一直線上で延在するように連結して構成される。無線通信回路15は給電ケーブル25を介してホイップアンテナ92との接点95に接続され、当該接点95とホイップアンテナ92との接続部が給電点Qとなる。アンテナ装置90を伸長しているとき、図22のごとく、ホイップアンテナ92が無線通信回路15に接続されて動作状態となる一方、アンテナ装置90のうちのホイップアンテナ92が筐体11内に収納部されているとき、接点95はヘリカルアンテナ91の下側一端と接続され、ヘリカルアンテナ91が無線通信回路15に接続されて動作状態となる。
図1の実施形態においては、送信信号と受信信号の分離のために、サーキュレータ16を用いているが、本発明はこれに限らず、共用器フィルタや送受信切り換えスイッチなどを用いてもよい。
センサとその実装位置.
以上の実施形態においては、人体近接感知センサ71sを用いているが、本発明はこれに限らず、人体近接感知センサ71sのみの誤検出を防止するために、温度センサ又はタッチセンサ、温度センサとタッチセンサの組み合わせをさらに併用することが好ましい。すなわち、温度センサにより所定のしきい値以上の体温(無線通信装置の筐体11に人体が接触したとき)を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。また、タッチセンサにより所定のしきい値以上の応力を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。さらに、温度センサにより所定のしきい値以上の体温を検出し、タッチセンサにより所定のしきい値以上の応力を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。
以上の実施形態においては、人体近接感知センサ71sを用いているが、本発明はこれに限らず、人体近接感知センサ71sのみの誤検出を防止するために、温度センサ又はタッチセンサ、温度センサとタッチセンサの組み合わせをさらに併用することが好ましい。すなわち、温度センサにより所定のしきい値以上の体温(無線通信装置の筐体11に人体が接触したとき)を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。また、タッチセンサにより所定のしきい値以上の応力を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。さらに、温度センサにより所定のしきい値以上の体温を検出し、タッチセンサにより所定のしきい値以上の応力を検出しかつ人体近接感知センサ71sからの検出信号を受信したときのみ負荷インピーダンス素子51の制御を行ってもよい。
すなわち、実施形態においては、人体近接感知センサ71sと、温度センサと、タッチセンサとのうちの少なくとも1つ(以下、総称してセンサ111又は113という。)を実装すればよく、センサ111は、携帯無線通信装置において、人体に接する側である
(A)人体の耳に接触するスピーカ用音孔部又はその近傍と、
(B)人体の頬に接触するマイクロホン又はその近傍と、
(C)折り畳み型携帯無線通信装置の場合においては、人体の頬に接触するヒンジ部(当該ヒンジ部の出っ張った形状により人体に接触する可能性がある。)とのうちの少なくとも1つに実装することが好ましい。
(A)人体の耳に接触するスピーカ用音孔部又はその近傍と、
(B)人体の頬に接触するマイクロホン又はその近傍と、
(C)折り畳み型携帯無線通信装置の場合においては、人体の頬に接触するヒンジ部(当該ヒンジ部の出っ張った形状により人体に接触する可能性がある。)とのうちの少なくとも1つに実装することが好ましい。
なお、複数個のセンサが実装されるときは、異なる位置に実装することにより、SARを抑圧する必要となる位置でのSARの低減制御が可能になる。例えば、上記(A)と(B)の両方にある場合は、上記(A)で検出された場合、音孔部付近でのSARが小さくなるように負荷インピーダンスを切り替え、上記(B)で検出された場合、マイクロホン付近でのSARを小さくなるように負荷インピーダンスを切り替える。これにより、効果的にSARを低減することが可能になる。また、負荷による電流制御は、通話時又はデータ通信時においてのみ動作することが好ましい。これにより、不要な制御を行わないために消費電力の軽減を図り、電池を長持ちさせることができる。以下においては、センサ111,113の具体的な実装例の図を参照して説明する。
図23は本発明に係る第1の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置の上側筐体102にセンサ111を実装したときの正面図である。図24は図23の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。以下の図においても、同様の構成要素は同一の符号を付している。
図23及び図24において、折り畳み型携帯無線通信装置は、上側筐体102と、下側筐体103とがヒンジ部104を介して折り畳み可能に構成される。ここで、上側筐体102は、内側の上側第1筐体部102aと、外側の上側第2筐体部102bとから構成され、上側第1筐体部102aの中央部に配置された液晶ディスプレイ105の下側であって左右端部近傍においてネジ108,109を用いて上側第2筐体部102bのネジ受け部102bにネジ止めすることにより、これら上側第1筐体部102aと上側第2筐体部102bとは貼り付けて固定される。液晶ディスプレイ105の上側には、スピーカ用音孔部106が設けられ、当該音孔部106と液晶ディスプレイ115との間の位置に矩形形状のセンサ111が実装されている。なお、下側筐体103の内側面の中央部にはキーパッド115が配置され、その下側にマイクロホン107が実装される。
図25は本発明に係る第2の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置の下側筐体103にセンサ111を実装したときの正面図である。図26は図25の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。図25及び図26において、下側筐体103の内側面において、キーパッド115とマイクロホン107との間に、センサ111が実装される。
図27は本発明に係る第3の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置のヒンジ部104にセンサ111を実装したときの正面図である。図28は図27の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。図27及び図28において、ヒンジ部104の内側中央部においてセンサ111が実装される。
図29は本発明に係る第4の実施例であって、ストレート型携帯無線通信装置の筐体112にセンサ111を実装したときの正面図である。図30は図29のストレート型携帯無線通信装置の側面図である。図29及び図30において、内側面112a及び外側面112bを有する筐体112の内側面112aにおいてその上側に液晶ディスプレイ105を設けるとともに、その下側にキーパッド115を設ける。液晶ディスプレイ105と筐体112の上側端部との間に、スピーカ用音孔部106を設け、音孔部106と液晶ディスプレイ105との間にセンサ111が実装される。また、キーパッド115と下側端部との間にマイクロホン107が設けられる。
図31は本発明に係る第5の実施例であって、ストレート型携帯無線通信装置の筐体112にセンサ111を実装したときの正面図である。図32は図31のストレート型携帯無線通信装置の側面図である。図31及び図32において、キーパッド115とマイクロホン107との間に、センサ111が実装される。
図33は本発明に係る第6の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置の上側筐体102の音孔部106の周囲に概略楕円形のセンサ113を実装したときの正面図である。図34は図33の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。図33及び図34において、上側筐体102の音孔部106の周囲に、概略楕円形状のセンサ113が実装される。
図35は本発明に係る第7の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置の下側筐体103のマイクロホン107の周囲に概略楕円形のセンサ113を実装したときの正面図である。図36は図35の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。図35及び図36において、マイクロホン113の周囲に、センサ113が実装される。
図37は本発明に係る第8の実施例であって、折り畳み型携帯無線通信装置のヒンジ部104に概略楕円形のセンサ113を実装したときの正面図である。図38は図37の折り畳み型携帯無線通信装置の側面図である。図37及び図38において、ヒンジ部104の内側面に、センサ113が実装される。
図39は本発明に係る第9の実施例であって、ストレート型携帯無線通信装置の筐体112の音孔部106の周囲に概略楕円形のセンサ113を実装したときの正面図である。図40は図39のストレート型携帯無線通信装置の側面図である。図39及び図40において、筐体112の音孔部106の周囲に、センサ113が実装される。
図41は本発明に係る第10の実施例であって、ストレート型携帯無線通信装置の筐体112のマイクロホン107の周囲に概略楕円形のセンサ113を実装したときの正面図である。図42は図41のストレート型携帯無線通信装置の側面図である。図41及び図42において、筐体112の内側面のマイクロホン107の周囲に、センサ113が実装される。
筐体に流れる電流を検出するための方法.
さらに、携帯無線通信装置の筐体に流れる電流を検出するための方法について、図43及び図44を参照して以下に説明する。
さらに、携帯無線通信装置の筐体に流れる電流を検出するための方法について、図43及び図44を参照して以下に説明する。
図43は、磁界検出用プローブ201を用いて上側筐体102に流れる電流Iを検出する方法を説明するための断面図である。図43において、磁界検出用プローブ201は、一辺の長さがdである正方形状を有する微小ループにてなるプルーブであり、携帯無線通信装置の上側筐体102上に近接してかつ微小ループの軸が上側筐体102の面と実質的に平行となるように載置される。ここで、当該磁界検出用プローブ201の端子における起電力をVとし、当該端子において磁界検出用プローブ201を見たときの入力インピーダンスをZとする。このとき、電流Iが流れたときの磁界検出用プローブ201の軸中心の磁界Hは、アンペールの法則より次式で表される。
[数2]
H=I/(2πh) (2)
また、
[数3]
B=μ0・H (3)
であり、ここで、μ0は真空の透磁率である。
H=I/(2πh) (2)
また、
[数3]
B=μ0・H (3)
であり、ここで、μ0は真空の透磁率である。
また、ファラデーの電磁誘導の法則より、起電力Vは次式で表される。
[数4]
V=−(dΦ/dt) (4)
V=−(dΦ/dt) (4)
ここで、Φは磁束であり、その面積をS=d×d(間隔dの中で最大幅)とすると、次式で表される。
[数5]
Φ
=B・S
=μ0・H・d2
=μ0・I/(2πh)・d2 (5)
Φ
=B・S
=μ0・H・d2
=μ0・I/(2πh)・d2 (5)
従って、式(5)に式(4)を代入することにより、次式を得る。
[数6]
V=−μ0/(2πh)・d2(dI/dt) (6)
V=−μ0/(2πh)・d2(dI/dt) (6)
ここで、
[数7]
(dI/dt)=jωI (7)
より、次式を得る。
[数7]
(dI/dt)=jωI (7)
より、次式を得る。
[数8]
V=−jω・μ0・I/(2πh)・d2 (8)
V=−jω・μ0・I/(2πh)・d2 (8)
磁界検出用プローブ201の入力インピーダンスをZとすると、受信電力Prは次式で表される。
[数9]
Pr
=V2/Z
=(ω・μ0・I0・d2/(2πh))2/Z (9)
Pr
=V2/Z
=(ω・μ0・I0・d2/(2πh))2/Z (9)
ここで、
[数10]
ω=2π/λ (10)
より次式を得る。
[数10]
ω=2π/λ (10)
より次式を得る。
[数11]
Pr=(μ0・I0・d2/(h・λ))2/Z (11)
Pr=(μ0・I0・d2/(h・λ))2/Z (11)
従って、受信電力Prを測定することにより、上記式を用いて電流I0を算出することができる。
図44は磁界検出用微小ダイポール202を用いて上側筐体102に流れる電流Iを検出する方法を説明するための断面図である。図44において、磁界検出用プローブ202は、微小長さd(d≪λ;ここで、ω=2πf,λ=c/f,cは光速)を有する微小ダイポールにてなるプルーブであり、携帯無線通信装置の上側筐体102上に距離hで近接してかつ微小ダイポールの長手方向が上側筐体102の面と実質的に平行となるように載置される。ここで、当該磁界検出用微小ダイポール202の端子における起電力をVとし、当該端子において磁界検出用微小ダイポール202を見たときの入力インピーダンスをZとする。また、磁界検出用微小ダイポール102の場合において、距離hの最大値は以下に示すように受信電力Prで決定される。電流Iから距離hだけ離れたところの微小ダイポール202での電界をEとすると、起電力Vは次式で表される。
[数12]
V=E・d (12)
V=E・d (12)
ここで、電界と磁界の比をηとすると、次式で表される。
[数13]
E=η・H (13)
E=η・H (13)
従って、式(13)に式(12)を代入することにより、次式を得る。
[数14]
E=η・I0/(2πh) (14)
E=η・I0/(2πh) (14)
従って、起電力V及び受信電力Prは次式で表される。
[数15]
V
=E・d
=η・I0・d/(2πh) (15)
V
=E・d
=η・I0・d/(2πh) (15)
[数16]
Pr
=V2/Z
=(η・I0・d/(2πh))2/Z (16)
Pr
=V2/Z
=(η・I0・d/(2πh))2/Z (16)
式(16)から明らかなように、受信電力Prを測定することにより、電流I0を検出することができる。
11…筐体、
12…ホイップアンテナ、
13…無給電素子、
14,14a,14b,14c,14d,31,41,51,51a,51b,51c,51d,71,72,73,74…負荷インピーダンス素子、
15…無線通信回路、
16…サーキュレータ、
17…無線送信機回路、
18…無線受信機回路、
19…短絡線、
20…半波長ダイポールアンテナ、
21,22…アンテナ素子、
23…平面アンテナ、
25…給電ケーブル、
30,32,42…スイッチ、
52,62…切り換えスイッチ、
60,60a,70,70a…コントローラ、
61…テーブルメモリ、
71s…人体近接感知センサ、
81,91…ヘリカルアンテナ、
90…アンテナ装置、
92…ホイップアンテナ、
93…電気絶縁部、
95…接点、
102…上側筐体、
102a…上側第1筐体部、
102b…上側第2筐体部、
103…下側筐体、
104…ヒンジ部、
105…液晶ディスプレイ、
106…音孔部、
107…マイクロホン、
108,109…ネジ、
110…ネジ受け部、
111,113…センサ、
112…筐体、
112a…おもて面、
112b…裏面、
115…キーパッド、
201…磁界検出用プローブ、
202…磁界検出用微小ダイポール、
C1,C2,C3,C11,C12…キャパシタ、
D1,D2,D3,D4…可変容量ダイオード、
L1,L2,L3,L11,L12…インダクタ、
Q…給電点、
T1,T2…端子。
12…ホイップアンテナ、
13…無給電素子、
14,14a,14b,14c,14d,31,41,51,51a,51b,51c,51d,71,72,73,74…負荷インピーダンス素子、
15…無線通信回路、
16…サーキュレータ、
17…無線送信機回路、
18…無線受信機回路、
19…短絡線、
20…半波長ダイポールアンテナ、
21,22…アンテナ素子、
23…平面アンテナ、
25…給電ケーブル、
30,32,42…スイッチ、
52,62…切り換えスイッチ、
60,60a,70,70a…コントローラ、
61…テーブルメモリ、
71s…人体近接感知センサ、
81,91…ヘリカルアンテナ、
90…アンテナ装置、
92…ホイップアンテナ、
93…電気絶縁部、
95…接点、
102…上側筐体、
102a…上側第1筐体部、
102b…上側第2筐体部、
103…下側筐体、
104…ヒンジ部、
105…液晶ディスプレイ、
106…音孔部、
107…マイクロホン、
108,109…ネジ、
110…ネジ受け部、
111,113…センサ、
112…筐体、
112a…おもて面、
112b…裏面、
115…キーパッド、
201…磁界検出用プローブ、
202…磁界検出用微小ダイポール、
C1,C2,C3,C11,C12…キャパシタ、
D1,D2,D3,D4…可変容量ダイオード、
L1,L2,L3,L11,L12…インダクタ、
Q…給電点、
T1,T2…端子。
Claims (18)
- 無線信号を送受信する無線通信回路に接続されたアンテナを備えた無線用アンテナ装置において、
無給電素子と、
上記無給電素子と、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地との間に接続された負荷インピーダンス素子と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする無線用アンテナ装置。 - 第1と第2のアンテナを備えた無線用アンテナ装置において、
上記第1のアンテナが、無線通信装置に設けられ無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第2のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して、上記無線通信回路を含む無線通信装置の筐体の接地に接続する一方、上記第2のアンテナが無線信号を送受信する無線通信回路に接続されるとき、上記第1のアンテナを上記負荷インピーダンス素子を介して上記筐体の接地に接続するように切り換える切り換え手段と、
上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することにより、比吸収率(SAR)を所定値以下となるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となる、上記負荷インピーダンス素子の素子値をテーブルとして記憶する記憶手段をさらに備え、
上記制御手段は、上記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となる、上記負荷インピーダンス素子の素子値を、周波数毎にテーブルとして記憶する記憶手段をさらに備え、
上記制御手段は、上記無線通信装置の通信周波数に基づいて、上記記憶手段に記憶されたテーブルを参照して上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を測定する測定手段をさらに備え、
上記制御手段は、上記測定された電流値に基づいて、上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の無線用アンテナ装置。 - 上記負荷インピーダンス素子は、互いに異なる素子値を有する複数のインピーダンス素子と、上記複数のインピーダンス素子のうちの1つを選択的に切り換えることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させるスイッチ手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。
- 上記負荷インピーダンス素子は、素子値を変化することが可能なインピーダンス素子を備え、上記素子値を変化することが可能なインピーダンス素子の素子値を変化させることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させることを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。
- 上記負荷インピーダンス素子は、可変容量ダイオードを含むインピーダンス回路を備え、上記可変容量ダイオードに印加する逆バイアス電圧を変化させて上記インピーダンス回路のインピーダンス値を変化させることにより上記負荷インピーダンス素子の素子値を変化させることを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。
- 上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサをさらに備え、
上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、
上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの体温を測定する温度センサとをさらに備え、
上記温度センサにより測定された体温が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、
上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの応力を測定するタッチセンサとをさらに備え、
上記タッチセンサにより測定された応力が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。 - 上記無線通信装置の筐体に人体が近接したことを検出する人体近接感知センサと、
上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの応力を測定するタッチセンサと、
上記無線通信装置の筐体に人体が接触したときの体温を測定する温度センサとをさらに備え、
上記温度センサにより測定された体温が所定値以上であり、上記タッチセンサにより測定された応力が所定値以上であり、上記人体近接感知センサにより人体が上記無線通信装置に近接したことを検出しかつ上記無線通信装置の送信時において上記筐体に流れる電流値を所定値以下となるように上記負荷インピーダンス素子の素子値を制御することを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の無線用アンテナ装置。 - 上記アンテナはモノポールアンテナ又はヘリカルアンテナであり、上記無給電素子は導体板であることを特徴とする、請求項1又は請求項1に従属する請求項記載の無線用アンテナ装置。
- 上記第1のアンテナはモノポールアンテナ又はヘリカルアンテナであり、上記第2のアンテナは平面アンテナ又は逆F型アンテナであることを特徴とする、請求項2又は請求項2に従属する請求項記載の無線用アンテナ装置。
- 請求項1又は請求項1に従属する請求項記載の無線用アンテナ装置と、
上記アンテナに接続され、無線信号を送受信する無線通信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。 - 上記無線通信装置は携帯無線通信装置であることを特徴とする請求項15記載の無線通信装置。
- 請求項2又は請求項2に従属する請求項記載の無線用アンテナ装置と、
上記第1のアンテナ又は上記第2のアンテナに接続され、無線信号を送受信する無線通信回路とを備えたことを特徴とする無線通信装置。 - 上記無線通信装置は携帯無線通信装置であることを特徴とする請求項17記載の無線通信装置。
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