JP2008288699A - 携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人体頭部近傍での使用時にリターンロス特性を改善することが可能な携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法を提供する。
【解決手段】アンテナ整合回路２の整合特性を変更可能な携帯無線機であって、角度センサ６等により携帯無線機筺体の所定の傾斜状態を検出すると共に、マイク５のパスの開状態等により通話状態を検出してアンテナ整合回路４を自由空間用の整合特性１３から人体頭部近傍用の整合特性１５に切り替える制御部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法に関し、特に携帯電話機等の携帯無線機及び該携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法に関する。

近年、携帯無線機は多機能化する傾向にあり、それに対応するために多くの部品を実装しなければならない。そのため、限られた実装スペースを有効活用するように回路構成の簡素化やアンテナを含めた部品の小型化等を行う必要がある。

一方、携帯無線機を人体頭部に近づけたとき、アンテナの入力インピーダンスが変わることがわかっている。特に近年の携帯無線機は小型化しているため、人体頭部とアンテナの距離が近くなり、入力インピーダンスの変化量が大きくなっている。その結果、アンテナと無線回路の不整合損が大きくなるという問題が生じている。

図８は携帯無線機の人体頭部近傍での使用時の特性劣化の例を示す図である。従来の携帯無線機における特性の例であり、横軸は周波数を示し、縦軸はリターンロス特性を示している。ここでリターンロスとは、アンテナに入力した電力に対して、反射される電力の比（反射係数）をデシベルで表したものである。リターンロス値が小さい程アンテナから放射される電力が大きくなる。

図８に示す特性の点線は自由空間時のリターンロス特性を示し、実線は人体頭部近傍でのリターンロス特性を示している。同図からわかるように、自由空間でのリターンロス特性が使用周波数範囲で−１０ｄＢ以下になっているのに対して、人体頭部近傍ではリターンロス値が大きくなってしまい、無線回路との不整合損が大きくなるという問題があった。

また、使用者が携帯電話機を耳に当てて使用しているか否かに応じて、アンテナ部と無線部とのインピーダンス整合をとる構成の携帯電話機が提案されている（特許文献１参照）。この携帯電話機は、音声データのＤ／Ａ変換又はＡ／Ｄ変換の有無及びイヤホンマイクの装着未装着を検出して、前記Ｄ／Ａ（Ａ／Ｄ）変換が行われ、イヤホンマイクが未装着の場合に携帯電話機を耳に当てて使用していると判断して、携帯電話機が人体に密着している状態に応じたインピーダンス整合を行うものである。
特開２００２−１５２０７８号公報（図３参照）

前述のように、携帯無線機のアンテナのリターンロス特性は自由空間では使用周波数範囲で所定値以下と良好でも人体頭部近傍では大きくなってしまい、無線回路との不整合損が大きくなるという問題があった。

このため、アンテナ部と無線部とのインピーダンス整合を携帯無線機の使用状況に応じて制御するため、耳に当てた使用状態を判断するように構成した携帯電話機が特許文献１で提案されているが、この携帯電話機では、耳に当てた使用状態を音声信号処理の有無及びイヤホンマイクの装着の有無を検出して判断するものであるから、例えばＴＶ電話機能の使用時のように、耳から離した状態で音声信号を扱い且つマイク、スピーカを使用する機能においては、適切なインピーダンス整合を行うことが不可能である。

本発明の目的は、以上の問題を解決するものであり、人体頭部近傍での使用時にリターンロス特性を改善することが可能な携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、アンテナ入力インピーダンスと回路側インピーダンスの不整合損失を減らすために、自由空間と人体頭部近傍とで整合回路の切り替えを確実に行うことを可能とする携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法を提供することにある。

本発明の第１の携帯無線機は、携帯無線機筺体の所定の傾斜状態を検出すると共に、通話状態を検出してアンテナ整合回路を人体頭部近傍用の整合特性に切り替える制御部（制御回路部又は制御回路部と外部論理回路）を備える。

本発明の第１の携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法は、携帯無線機が所定の傾斜状態であると共に、通話状態にある場合に、アンテナ整合回路を人体頭部近傍用の整合特性に切り替える。

本発明によれば、人体頭部近傍での使用時のリターンロス特性を改善することができ、携帯無線機のアンテナ特性を向上させることが可能である。

また、折り畳み型携帯無線機への適用により、折り畳んだ状態（閉状態）でも通話を可能とし、この場合にも人体頭部近傍での使用時の携帯無線機のアンテナ特性を向上させることが可能である。

（実施例１）
本発明の携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の一実施例について折り畳み式携帯無線機の例により説明する。

図１は本実施例の構成を示す図である。本実施例の折り畳み式携帯無線機は、フロント（前面）ケースとリア（背面）ケースを係合して構成したそれぞれ上部筺体と下部筺体からなり、２つのフロントケースの端部に上下筺体をヒンジ結合する円筒状のビンジ部が形成されている。また、下部筺体内には下部基板８を備え、基板上のアンテナ１、整合回路２、給電端子１２、無線回路部３、下端部側のマイク５、制御信号線Ｂ１１等が設けられ、上部筺体内には上部基板７を備え、制御回路部４、角度センサ６、制御信号線Ａ１０、上端部側の図示しないスピーカ等が設けられ、下部基板８と上部基板７とを接続するため、ヒンジ部内で一巻きしたフレキシブルプリント配線板等の上下基板接続部９が設けられている。

図２は本実施例の回路構成を示す図である。アンテナ１、整合回路２、無線回路部３、制御回路部４、マイク５、角度センサ６、制御信号線Ａ１０、制御信号線Ｂ１１、自由空間用整合回路１３、人体頭部近傍用整合回路１４、スイッチ１５、ＡＮＤ回路Ａ１６、制御信号線Ｄ１８で構成している。

本実施例では、アンテナ１は下部筐体のヒンジ部近辺に実装しており、下部基板８上に実装している給電端子１２を介して整合回路２と接続している。整合回路２は、下部基板８上に実装した自由空間用整合回路１３、人体頭部近傍用整合回路１４及びスイッチ１５にて構成され、無線回路部３と接続している。

また、整合回路２はアンテナ１と無線回路部３間のインピーダンス整合を行うための回路であり、自由空間用整合回路１３と人体頭部近傍用整合回路１４は、２つの切り替え用のスイッチ１５間に互いに並列に接続されている。２つのスイッチ１５は、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力がＬｏｗの状態のとき自由空間用整合回路１３側を選択し、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力がＨｉｇｈの状態のとき人体頭部近傍用整合回路１４側を選択する。

また、角度センサ６は角度検出手段として鉛直方向に対する携帯無線機の側面方向への所定の傾斜（回転）角度を認識するためのデバイスであり、例えば携帯無線機を長手方向にほぼ立てた状態から側面方向に傾斜したとき、傾斜状態を表すデータを出力するものである。角度センサとしては加速度センサを使用して構成することができる。

制御回路部４は、無線回路部３と接続され、無線通信による電話及びＴＶ電話の発着信等の通信制御と通話制御、Ｗｅｂや電子メールの接続、制御、送受信、表示等のブラウザ制御、図示しないキー入力と表示制御、及び通話状態を検出し、マイク５のパスの開閉信号の生成等の機能を有し、また、マイク５と音声信号線及び制御信号線Ｂ１１により接続され、ＡＮＤ回路Ａ１５と前記制御信号線Ｂ１１及び制御信号線Ａ１０により接続され、前記角度センサ６と制御信号線Ｄ１８により接続され、マイク５に対し前記開閉信号によりマイクを動作させる駆動信号を出力してパスの開閉を制御し、角度センサ６からの傾斜状態を表すデータに基づき前記ＡＮＤ回路Ａ１６を制御し、整合回路２の整合特性を制御する機能を有する。

つまり、制御回路部４の整合特性の制御おいては、通話状態を判断して前記開閉信号を生成し制御信号線Ｂ１１の電圧をＨｉｇｈの状態としてマイク５のパスを開状態とし、また、角度センサ６から入力した携帯無線機の傾斜状態を表すデータを書き込むテーブルを内蔵し、このデータに基づき携帯無線機の長手方向（上下筺体方向）が鉛直方向に対して側面方向に±θ又は±θを中心とする所定範囲の角度状態になった場合に、これを検出して制御信号線Ａ１０の電圧をＨｉｇｈ（その他のデータのときはＬｏｗ）の状態として出力し、制御信号線Ｂ１１とＡ１０の電圧のＨｉｇｈの状態によりＡＮＤ回路Ａ１６の出力をＨｉｇｈの状態にして整合特性を切り替える。

以上の機能を実現するため、制御回路部４はＣＰＵ（中央処理装置）とＲＡＭ及びプログラム等を格納したＲＯＭ等を備え、ＣＰＵはＲＯＭに格納したプログラムを読み込み、ＣＰＵは読み込んだプログラムにより制御され、前記各部を制御し、前記各機能を実現可能に構成することができ、本実施例では制御回路部４及びＡＮＤ回路Ａ１６により本発明の制御部が構成される。

（動作の説明）
次に本実施例の動作原理について図３、４により詳細に説明をする。
図３は本実施例の携帯無線機の使用状態を示す図であり、図４は本実施例の人体頭部近傍での携帯無線機の使用時の特性例を示す図である。

まず、携帯無線機の待ち受け状態について説明する。待受け状態では、携帯無線機（筺体）の側面方向への傾斜角度により、携帯無線機の傾斜状況を表すデータが制御信号線Ｄ１８を介して制御回路部４内にあるテーブル内に書き込まれる。待ち受けの状態ではどの傾斜角度にもなるので、制御信号線Ａ１０の電圧はＨｉｇｈまたはＬｏｗの状態になっている。一方、待受け状態ではマイクのパスは閉じており、制御信号線Ｂ１１の電圧はＬｏｗの状態となっている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態であり、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路部３の反射損は最小とすることができる。

次に、携帯無線機の通話状態について説明する。通話状態ではユーザーは人体頭部近傍で携帯無線機を傾けるため、制御信号線Ａ１０の電圧はＨｉｇｈの状態になる。また、マイクのパスは開いており、制御信号線Ｂ１１の電圧はＨｉｇｈとなっている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力は、Ｈｉｇｈの状態となるため、２つのスイッチ１５は人体近傍用整合回路１４を選択する。その結果、図４の実線のようなリターンロス特性になり、点線で示すような自由空間用整合回路のときよりも反射損を小さくすることが可能である。

次に、ＴＶ電話機能やメール機能の使用状態について説明する。ＴＶ電話機能やメール機能を使用する場合のアンテナ入力インピーダンスは、人体頭部から離れているために、ほぼ自由空間時のアンテナ入力インピーダンスと同じである。そのため、アンテナ１と無線回路部３は自由空間用整合回路１３でインピーダンス整合をとることが可能である。

ＴＶ電話機能を使用する場合は、携帯無線機を図３に示す±θ方向に傾ける状態はないと想定され、制御信号線Ａ１０の電圧はＬｏｗの状態になっている。一方、マイクのパスは開き、制御信号線Ｂ１１の電圧はＨｉｇｈの状態となっている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態となるため、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３側に切り替わる。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

さらに、メール機能を使用する場合は、マイクのパスは閉じ、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態となるため、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３側を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

図５は、携帯無線機の各機能の使用状態での各部の回路状態を示す図である。携帯無線機の待ち受け、電子メール、通話及びＴＶ電話の各使用状態でのセンサ６の出力に基づく制御信号線Ａ１０、マイクのパスを開閉する制御信号線Ｂ１１の出力、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力、整合回路２の切り替え及びリターンロスＲＬの各状態を示している。

同図からわかるように、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力がＨｉｇｈの状態となり整合回路２のスイッチ１５が切り替わり人体頭部近傍用整合回路１４が選択される状態は、ユーザーが携帯無線機を耳に当てて通話を行う場合のみであり、この場合にもリターンロスは、待ち受け、メール及びＴＶ電話等の使用時と同様に最小とすることが可能である。したがって、携帯無線機の使用状態が自由空間時と人体頭部近傍時でインピーダンスが変化してもそれぞれで整合がとれるので、人体頭部近傍での使用時に生じるインピーダンスの変化による不整合損を減らすことができるため、リターンロス特性を改善することができ、携帯無線機のアンテナ特性を向上させることが可能である。

（実施例２）
本発明の第２の実施例２について図６、７により詳細に説明する。本実施例２は折り畳み型携帯無線機に適用し、折り畳んだ状態でも通話が可能な携帯無線機として構成したものである。

図６は、本発明の携帯無線機及び携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法の第２の実施例２の構成を示す図であり、図７は本実施例２の回路構成を示す図である。本実施例２は、図１に示す実施例にホールＩＣ１９、制御信号線Ｃ１７及び磁石２１を追加したものであり、その回路構成は、図２に示す回路構成にホールＩＣ１９、制御信号線Ｃ１７、Ｅ２２及びＡＮＤ回路２０を追加して構成したものである。

本実施例２のホールＩＣ１９は上部筐体内に存在し、磁石２１は下部筐体内に存在し、携帯無線機を折り畳んだ状態でホールＩＣ１９と磁石２１とは近づき対向するように配置されている。また、ホールＩＣ１９は磁気センサとしてのホール素子とその出力の整形回路とを備え、磁石２１が近づくと出力電圧がＬｏｗの状態となり、離れると出力電圧がＨｉｇｈの状態となるＩＣデバイスである。その結果、携帯無線機を展開状態（開状態）にしたときは、磁石２１とホールＩＣ１９は離れるため、制御信号線Ｃ１７はＨｉｇｈの状態となり、携帯無線機を折り畳んだときは互いに近接するため、制御信号線Ｃ１７はＬｏｗの状態となる。以下、本実施例の動作を説明する。

今、携帯無線機が開状態で待ち受け状態のときには、携帯電話機の傾斜角度に応じて制御信号線Ａ１０の電圧はＨｉｇｈまたはＬｏｗの状態になっている。ホールＩＣ１９の出力は、開状態時にＨｉｇｈの状態となるため、ＡＮＤ回路Ｂ２０の出力はＨｉｇｈまたはＬｏｗの状態となっている。さらに制御信号線Ｂ１１の電圧は常にＬｏｗの状態でありマイク５のパスは閉じている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態であり、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３を選択している。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

次に、携帯電話機が開状態で通話を行うときには、人体頭部近傍にて携帯無線機を傾斜角度θに傾けるため、制御信号線Ａ１０の電圧はＨｉｇｈの状態になっている。また、ホールＩＣ１９に接続されている制御信号線Ｃ１７の電圧は、携帯無線機を開状態にしているため、Ｈｉｇｈの状態となっている。そのため、ＡＮＤ回路Ｂ２０の出力はＨｉｇｈとなる。さらに、制御信号線Ｂ１１の電圧はＨｉｇｈの状態でありマイクのパスは開いている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＨｉｇｈの状態となるため、２つのスイッチ１５は人体頭部近傍用整合回路１４を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

ＴＶ電話機能を使用するときは、携帯無線機を図３に示す±θ方向に傾ける状態にはないと想定され、制御信号線Ａ１０の電圧はＬｏｗの状態になっている。また、携帯無線機を開状態にしているので、制御信号線Ｃ１７の電圧はＨｉｇｈの状態となる。そのため、ＡＮＤ回路Ｂ２０の出力は常にＬｏｗの状態となる。一方、制御信号線Ｂの電圧はＨｉｇｈの状態でありマイクのパスは開いている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態となるため、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３側を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

次に、電子メール機能を使用するときは、制御信号線Ｂの電圧はＬｏｗの状態でありマイクのパスは閉じており、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態となるため、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３側を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

さらに、本実施例２では携帯無線機を折り畳んだ状態で通話を行うことが可能である。本携帯無線機を折り畳んだ状態で通話する場合、アンテナ１を内蔵する下部筐体と人体頭部間に上部筐体が入ることで、アンテナ１と人体頭部間の距離が離れ、自由空間での使用と人体頭部近傍での使用とでアンテナインピーダンスの変化が殆ど生じない。この場合、人体頭部近傍にて携帯無線機を傾けるため、制御信号線Ａ１０の電圧はＨｉｇｈの状態になっている。また、ホールＩＣ１９に接続されている制御信号線Ｃ１７の電圧は携帯無線機を折り畳んでいるため、Ｌｏｗの状態となっている。そのため、ＡＮＤ回路Ｂ２０の出力はＬｏｗの状態となる。さらに、制御信号線Ｂ１１の電圧は常にＨｉｇｈの状態でありマイクのパスは開いている。従って、ＡＮＤ回路Ａ１６の出力はＬｏｗの状態となるため、２つのスイッチ１５は自由空間用整合回路１３を選択する。その結果、アンテナ１と無線回路の反射損は最小とすることができる。

以上のように折り畳んだ状態で通話できる携帯無線機であっても、通話時に人体頭部に近づく一方の筺体により他方の筺体に内蔵するアンテナへの影響を抑制ないし阻止可能な携帯無線機に適用可能である。このように、折り畳み型携帯無線機への適用により、折り畳んだ状態でも通話を可能とし、この場合にも人体頭部近傍での使用時に生じるインピーダンスの変化による不整合損を減らすことができ、携帯無線機のアンテナ特性を向上させることが可能である。

（その他の実施例）
以上、本発明を実施例１、２に基づいて説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、アンテナ入力インピーダンスと回路側インピーダンスの不整合損失を減らすために、自由空間と人体頭部近傍とで整合回路を切り替えるという発明の要旨を逸脱しない範囲において各種の変更が可能である。例えば、筐体の折り畳み型携帯無線機の例を説明したが、本発明は折り畳み型でない携帯無線機に適用可能である。また、角度センサの取り付けは上部基板の上部に設置する代わりに上部筺体又は下部筺体の任意の箇所に設置可能である。また、通話状態／非通話状態の検出をマイク５のパスの開閉信号により行う代わりに、通話状態を示す音声回路の動作状態により行うことが可能である。また、ホールＩＣ１９の出力による制御は、ＡＮＤ回路Ｂ２０を追加して整合回路の切り替えを制御する代わりに、制御回路部２０内にＡＮＤ回路Ｂ２０の機能を追加して、制御回路部２０からＡＮＤ回路Ａ１６に制御信号を直接出力して制御するように構成することができる。更に制御回路部２０内にＡＮＤ回路１６の機能を追加して制御回路部２０から単一の制御信号線で整合回路２の切り替えを制御するように構成することができる。つまり、制御回路部４又は制御回路部４と外部論理回路（ＡＮＤ回路Ａ１６、ＡＮＤ回路Ｂ２０）は本発明の制御部を構成することができる。更にホールＩＣと磁石は上下筺体の閉状態で互いに対峙する任意の位置に配置することが可能であるのみならず、上下筺体の開閉状態はホールＩＣの使用に代えて機械的なスイッチを用いた検出手段を使用することも可能である。また、第２の実施例における折り畳んだ状態での通話を可能とするために、通話時に人体頭部に近づく筺体のリアケース側にスピーカ及びマイクを追加設置することができる。

本発明の携帯無線機の第１の実施例１の構成を示す図である。 本実施例１の回路構成を示す図である。 本実施例１の携帯無線機の使用状態を示す図であり、 本実施例１の人体頭部近傍での携帯無線機の使用時の特性例を示す図である。 本実施例１の携帯無線機の各使用状態での各部の回路状態を示す図である。 本発明の第２の実施例２の構成を示す図である。 本実施例２の回路構成を示す図である。 携帯無線機の人体頭部近傍での使用時の特性劣化の例を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ 整合回路
３ 無線回路部
４ 制御回路部
５ マイク
６ 角度センサ
７ 上部基板
８ 下部基板
９ 上下基板接続部
１０ 制御信号線Ａ
１１ 制御信号線Ｂ
１２ 給電端子
１３ 自由空間用整合回路（素子）
１４ 人体頭部近傍用整合回路（素子）
１５ スイッチ
１６ ＡＮＤ回路Ａ
１７ 制御信号線Ｃ
１８ 制御信号線Ｄ
１９ ホールＩＣ
２０ ＡＮＤ回路Ｂ
２１ 磁石
２２ 制御信号線Ｅ

Claims (12)

1. アンテナ整合回路の整合特性を変更可能な携帯無線機であって、携帯無線機筺体の所定の傾斜状態を検出すると共に、通話状態を検出してアンテナ整合回路を人体頭部近傍用の整合特性に切り替える制御部を備えることを特徴とする携帯無線機。
2. 前記制御部は、前記所定の傾斜状態を携帯無線機筺体に設けた角度センサの出力により検出することを特徴とする請求項１記載の携帯無線機。
3. 前記制御部は、前記通話状態をマイクのパスの開状態により検出することを特徴とする請求項１又は２記載の携帯無線機。
4. 前記携帯無線機は折り畳み型携帯無線機であり、前記制御部は該折り畳み型携帯無線機の筺体の展開状態で前記アンテナ整合回路の切り替えを行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の携帯無線機。
5. 折り畳み型筺体の折り畳んだ状態で通話が可能であることを特徴とする請求項４記載の携帯無線機。
6. 一方の筐体のリアケース側にマイク及びスピーカを備え、他方の筐体にアンテナを備えることを特徴とする請求項５記載の携帯無線機。
7. 前記傾斜状態は、鉛直方向に対する筐体の長手方向の所定の角度状態であることを特徴とする請求項１ないし６の何れかの請求項記載の携帯無線機。
8. 携帯無線機が所定の傾斜状態であると共に、通話状態にある場合に、アンテナ整合回路を人体頭部近傍用の整合特性に切り替えることを特徴とする携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法。
9. 前記携帯無線機は折り畳み型携帯無線機であり、携帯無線機の筺体の展開状態で前記アンテナ整合回路の切り替えを行うことを特徴とする請求項８記載の携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法。
10. 前記携帯無線機は、筺体の折り畳んだ状態で通話が可能であることを特徴とする請求項９記載の携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法。
11. 前記携帯無線機は、一方の筐体のリアケース側にマイク及びスピーカを備え、他方の筐体にアンテナを備えることを特徴とする請求項１０記載の携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法。
12. 前記所定の傾斜状態は、鉛直方向に対する筐体の長手方向の所定の角度状態であることを特徴とする請求項８ないし１１の何れかの請求項記載の携帯無線機のアンテナ整合回路の切り替え方法。

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