JP3884409B2

JP3884409B2 - ANTENNA DEVICE AND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE

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Publication number: JP3884409B2
Application number: JP2003159527A
Authority: JP
Inventors: 紀章大舘; 秀一関根; 敬義伊藤; 誠桧垣; 恵一山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004363909A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に放射パターンを変化可能なアンテナ装置およびそのアンテナ装置を搭載する無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話装置などの無線通信装置においては、当該装置をハンドセットとして使用して通話を行う状態や、電子メールの読み書きを行う状態などといった複数の使用状態がある。
【０００３】
このような、複数の使用状態においては、地面に対するアンテナの相対的な向きが変化することになる。この結果、アンテナの放射パターンの指向特性が使用状態に応じて異なった方向を向くことになり、地面を基準とした場合の偏波方向が変化することとなる。したがって、ある使用状態において最適な指向特性および偏波特性を実現するようにアンテナを構成した場合は、他の使用状態では指向特性および偏波特性が最適とならないおそれがある。
【０００４】
このような不具合を解決するために、指向特性を変化できるアンテナが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されたアンテナは、励振素子を１素子用い、この励振素子の周りに可変インピーダンスを有する非励振素子２を複数個配置して構成される。各非励振素子２は、励振素子および他の非励振素子２から離間して、かつ励振素子と平行な向きで配置される。可変インピーダンスの値を適宜に変えることで、励振素子と非励振素子２との結合係数を変化させ、放射パターンを変化させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開2002-261532公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のアンテナでは、可変なのは放射パターンであり、偏波特性を変化させることはできない。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、偏波特性を変化できるアンテナ装置およびこのアンテナ装置を搭載した無線通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明は、第１の方向に向けて配置され、無線回路に接続される励振素子と、前記第１の方向と直交しかつ互いに直交する第２および第３の方向にそれぞれ向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子と、所望の偏波特性に合わせて前記第１及び第２の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する制御手段とを備えてアンテナ装置を構成した。
前記の目的を達成するために別の本発明は、無線回路に接続される励振素子と、互いに直行する第１乃至第３の方向に向けて配置されかつ互いに接合された第１乃至第３の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、前記第１乃至第３の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１乃至第３の可変インピーダンス素子と、所望の偏波特性に合わせて前記第１乃至第３の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する制御手段とを備えてアンテナ装置を構成した。
また前記の目的を達成するために別の本発明は、上記のいずれかの構成のアンテナ装置を備えて無線通信装置を構成した。
また前記の目的を達成するために別の本発明は、上記のいずれかの構成のアンテナ装置と、前記アンテナ装置に一方の面を向けて配置され、前記無線回路が実装された回路基板と、前記回路基板を挟んで前記アンテナ装置の反対側に配置され、受話音声を出力する受話部とを備えて無線通信装置を構成した。
【００１０】
このような手段を講じたことにより、励振素子と非励振素子とが空間を介して結合することで、励振素子および非励振素子にて放射が行われる。ここで、可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することにより複数の線状素子のそれぞれの電流分布が個別に変化することができ、所望の偏波特性を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図１に示すアンテナ装置は、励振素子１、非励振素子２、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃおよび制御回路４を含む。
【００１２】
励振素子１は、このアンテナ装置が搭載される無線通信装置が送受信する無線信号に適したアンテナ素子である。励振素子１としては例えば、ダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、あるいはパッチアンテナなどを用いることができる。励振素子１は、無線通信装置に搭載された際には、給電線路により図示しない送受信回路へ接続される。
【００１３】
非励振素子２は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子２との空間を介した結合が存在する距離とする。一般的には、無線周波数の波長で数波長以下の領域で用いられる。ただし、励振素子１を波長に比べて数倍の大きさとしたり、励振素子１を高利得とした場合などでは、上記の離隔距離を数十波長以上とすることが可能な場合もある。そして、非励振素子２は、送受信回路へは接続しない。
【００１４】
非励振素子２は、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを有する。これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。
【００１５】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中にそれぞれ挿入されている。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、キャパシタやインダクタなどのリアクタンス素子、あるいは抵抗素子等に、ダイオードを用いたバリアブルキャパシタや、ＰＩＮダイオードもしくはＦＥＴを用いた高周波スイッチ等を組み合せて構成する。このような素子の構造は周知であり、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃとしては既製品などを用いることができる。
【００１６】
制御回路４は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを個別に制御する。制御回路４は例えば、チョークコイルを介して可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃへと供給するバイアス電圧を制御する構成により実現できる。
【００１７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
このアンテナ装置が無線通信装置に搭載されたとき、送受信回路へは励振素子１のみ接続されるが、励振素子１と非励振素子２とが空間を介して結合するので、励振素子１および非励振素子２の双方から放射が行われる。そして励振素子１および非励振素子２のそれぞれからの放射が合成されてアンテナ装置の放射となる。
【００１８】
ここで、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの途中には、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃが挿入されている。この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変えることにより、非励振素子２の放射源である電流分布が変化することとなる。
【００１９】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の位相を遅らせたり進ませたりすることが可能となる。さらに、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値を十分に大きくすれば、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流を遮断することが可能となる。また、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃの抵抗値を変えた場合には、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅を減衰させることができる。従って、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのリアクタンス値と抵抗値とを組み合せて変更することにより、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流の振幅と位相とを任意に制御可能となる。
【００２０】
さて、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃは、空間的に互いに直交する方向を向いている。従って線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの向きを、直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と考えることができる。可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、これら線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ挿入されているから、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させることで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御可能となる。そして、非励振素子２の放射は、これらＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布の合成により生じるため、各軸の電流分布の変化により指向パターンや偏波特性を任意に形成することができる。任意の偏波特性とは、水平偏波や垂直偏波のような様々な方向の直線偏波のほか、右旋円偏波、左旋円偏波、あるいは軸比の異なる楕円偏波などを意味する。
【００２１】
例えば、Ｘ軸方向の線状素子２ａの電流振幅を大きくし、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の線状素子２ｂ，２ｃの電流振幅を小さくした場合には，Ｘ軸に平行な直線偏波を放射することとなる。定量的には、Ｘ軸方向の電流振幅とＹ軸およびＺ軸方向の電流振幅の比を１０倍とすれば、交差偏波が２０ｄＢ以下の良好な直線偏波が実現できる。
【００２２】
また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の線状素子２ａ，２ｂの電流振幅を同一とし、電流の位相差を９０度とした場合には、Ｚ軸方向へ軸比が０ｄＢの円偏波を放射することとなる。
【００２３】
なお、様々な偏波特性とインピーダンスとの関係を求めておき、所望となる偏波特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御回路４が制御する。
【００２４】
以上のように第１の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを結合した非励振素子２を設け、上記の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。線状素子２ａ，２ｂ，２ｃの間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。
【００２５】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃを互いに直交する方向に向けてあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を制御することができることから、偏波特性を効率良く変化させることが可能である。
【００２６】
また第１の実施形態のアンテナ装置によれば、３つの可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃを線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに挿入してあるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの電流分布を個別に制御することができることから、偏波特性を多様に変化させることが可能である。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、制御回路４および非励振素子５を含む。すなわち第２の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置における非励振素子２に代えて非励振素子５を設けている。
【００２８】
非励振素子５は、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子５との空間を介した結合が存在する距離とする。そして、非励振素子５は、送受信回路へは接続しない。
【００２９】
非励振素子５は、６つの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃを有する。線状素子５ａ，５ｂ，５ｃは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子２ａおよび線状素子５ａ、線状素子２ｂおよび線状素子５ｂ、線状素子２ｃおよび線状素子５ｃがそれぞれ対となり、一対の線状素子どうしは互いに離間して平行に配置される。そして各線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれも他の線状素子に接合されて、１つの非励振素子５を形成する。
【００３０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃは、平行に配置された一対の線状素子のいずれかに挿入される。図２では線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ挿入している。可変インピーダンス素子３ａは線状素子２ａに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｂは線状素子２ｂに挿入されても良い。可変インピーダンス素子３ｃは線状素子５ｃに挿入されても良い。さらに３つの可変インピーダンス素子を用意し、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの全てに可変インピーダンス素子をそれぞれ挿入しても良い。
【００３１】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置は、非励振素子５が、空間的に直交する３方向のそれぞれに向けて、２つの線状素子を空間的に離間して配置した形状であることを特徴としている。そしてこのような形状の非励振素子５を有していることにより、第１の実施形態のアンテナ装置と同様な作用による偏波特性の変化の他に、指向特性をも変化することが可能となる。
【００３２】
以下に、指向特性の変化について説明する。
アンテナの指向特性を制御する最低限の条件は、空間的に離れた２つの放射源の振幅と位相とを制御することである。２つの放射源の振幅と位相との関係で、ある方向では電波は合成され、他の方向では電波が打消し合う。その結果、指向特性が形成される。そして、振幅と位相とを複数の状態に制御できれば、複数の指向特性が実現可能となる。なお、２つの放射源の距離は、実現したい指向特性のビーム幅で決まる。
【００３３】
第２の実施形態のアンテナ装置においては、一対の線状素子の振幅と位相とを適宜に制御することで、それらの線状素子が向く方向に関する指向特性を変化できる。例えば、線状素子２ａおよび線状素子５ａの振幅と位相とを制御することで、Ｘ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｂおよび線状素子５ｂの振幅と位相とを制御することで、Ｙ軸方向に関する指向特性を変化できる。線状素子２ｃおよび線状素子５ｃの振幅と位相とを制御することで、Ｚ軸方向に関する指向特性を変化できる。
【００３４】
なお、線状素子２ａ，２ｂ，５ｃには可変インピーダンス素子が挿入されていないが、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンス変化の影響を受けるので、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで線状素子２ａ，２ｂ，５ｃの振幅と位相とを制御できる。
【００３５】
以上のように第２の実施形態のアンテナ装置によれば、互いに異なる方向に向けた線状素子２ａ，２ｂ，２ｃと、これらの線状素子２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ平行した線状素子５ａ，５ｂ，５ｃとを結合した非励振素子５を設け、上記の線状素子５ａ，５ｂ，２ｃに挿入した可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することにより上記線状素子２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃの電流分布を個別に変化させるようにした。互いに直交する線状素子の間の電流分布の偏りを形成することができ、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させることが可能となる。また、互いに平行する一対の線状素子の間で振幅および位相の偏りを形成することができ、この振幅および位相の偏りの度合に応じて指向特性を様々に変化させることが可能となる。
【００３６】
なお、この第２の実施形態においては、空間的に直交する３方向の全てについて２つの線状素子を平行に配置しているが、１方向または２方向についてのみ２つの線状素子を平行に配置するようにしても良い。
【００３７】
図３は第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図である。この変形例のアンテナ装置における非励振素子５′は、第２の実施形態における非励振素子５から線状素子５ａを取り除いた構造を持つ。すなわち非励振素子５′は、Ｘ軸方向に関しては１つの線状素子２ａのみを持つ。
このような構成でも、偏波特性と指向特性との双方を変化できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ、制御回路４および非励振素子６を含む。
【００３９】
非励振素子６は、２つの線状素子６ａ，６ｂを有する。これらの線状素子６ａ，６ｂは、導電性材料を線状に形成してなる。線状素子６ａ，６ｂは、互いに空間的に直交する方向に向けた状態で、端部にて互いに接合されている。そして非励振素子６は、線状素子６ａ，６ｂがいずれも励振素子１が向く方向Ａに対して直交する方向を向くような姿勢で、励振素子１から離隔して配置される。ここでの離隔距離は、励振素子１と非励振素子６との空間を介した結合が存在する距離とする。非励振素子６は、送受信回路へは接続しない。
【００４０】
可変インピーダンス素子３ａ，３ｂは、線状素子６ａ，６ｂの途中にそれぞれ挿入されている。
【００４１】
この第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置のように非励振素子のみで複数の偏波特性を実現するのではなく、励振素子１からの放射も利用して複数の偏波特性を実現する。
【００４２】
すなわち、制御回路４が可変インピーダンス素子３ａ，３ｂのインピーダンスを制御して、励振素子１の電流分布に対する線状素子６ａ，６ｂの電流分布の偏りを形成することで、この電流分布の偏りの度合に応じて偏波特性を様々に変化させる。
【００４３】
以上のように第３の実施形態のアンテナ装置によれば、非励振素子２よりも簡易な構成の非励振素子６により偏波特性を変化させることが可能である。この結果、第３の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置よりも小型化が可能となる。ただし、励振素子１の電流分布を制御することが通常は困難なので、偏波特性の変化の自由度は減少する。
【００４４】
（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すアンテナ装置は、励振素子１、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃ、非励振素子５、可変整合回路７および制御回路８を含む。すなわち第４の実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態のアンテナ装置に加えて可変整合回路７を設けるとともに、制御回路４に代えて制御回路８を設けている。
【００４５】
可変整合回路７は、励振素子１と送受信回路とを接続する給電線路９中に介挿される。可変整合回路７は、給電線路９のインピーダンスの整合を取る。すなわち可変整合回路７は、励振素子１のインピーダンスを給電線路９のインピーダンスへ変換する役割をする。
【００４６】
制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御するとともに、この可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて可変整合回路７を制御する。
【００４７】
次に以上のように構成されたアンテナ装置の動作につき説明する。
【００４８】
制御回路８は、第１の実施形態における制御回路４と同様に可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御することで、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させる。
【００４９】
さて、励振素子１と非励振素子２とは空間を介して結合しているため、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを変化させて非励振素子２上の電流分布を変化すると、励振素子１上の電流分布も変化することとなる。励振素子１のインピーダンスは、オームの法則より給電点の電流と電圧の比で決まる。また、励振素子１の電流分布は、励振素子１の形状と、非励振素子２との結合によって決定される。従って、上述のように励振素子１上の電流分布が変化すると、励振素子１のインピーダンスも変化することとなる。
【００５０】
そこで制御回路８は、可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスに応じて、励振素子１上の電流分布の変化を補償するように可変整合回路７を制御する。可変整合回路７を構成する方法としては例えば、複数の整合回路を切り替える方法、整合回路に可変インピーダンス素子を用いる方法、あるいは上記の２つの方法を組み合せる方法などが考えられる。
【００５１】
以上のように第４の実施形態のアンテナ装置によれば、第１の実施形態と同様に偏波特性を変化させることが可能である。そして第４の実施形態のアンテナ装置によれば、偏波特性を変化させることに伴う励振素子１上の電流分布の変化を可変整合回路７により補償するので、インピーダンスの不整合によって生じる電力の反射を軽減することができる。
【００５２】
（第５の実施形態）
図６は第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３を含む。
【００５３】
第５の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１、受話部１２および回路基板１３などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、通話状態においては図６に示すように筐体１０の第１面に使用者Ｕの頭部が近接される。
【００５４】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図６では、第１の実施形態における構成を示している。受話部１２は、スピーカなどを備え、受話音声を出力する。回路基板１３は、送受信回路などの電気回路が実装される。
【００５５】
受話部１２は、筐体１０にて前記第１面に配置される。アンテナ装置１１は、回路基板１３を挟んで受話部１２の反対側に配置される。
【００５６】
かくしてこのような構成を持つ第５の実施形態の無線通信装置では、第１の実施形態乃至第４の実施形態のそれぞれの特徴を生かして高い放射効率を実現することが可能となり、これにより高品質な無線通信を実現可能となる。
【００５７】
また第５の実施形態の無線通信装置では、通話状態においてユーザＵの頭部が筐体１０に近接されても、アンテナ装置１１はユーザＵの頭部から最も離れて位置することになる。このため、アンテナ装置１１から放射される電磁波の頭部での吸収量を最小限に抑えることができ、放射効率を高く維持することができる。また、頭部の近接に伴うインピーダンスの変動も小さく抑えられるため、偏波特性や指向特性を変化させるためのインピーダンス制御がより適正に行われることになる。
【００５８】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、頭部の影響による励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を少なくすることも可能となる。
【００５９】
（第６の実施形態）
図７は第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４を含む。
【００６０】
第６の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および使用状態判別部１４などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６１】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図７では、第１の実施形態における構成を示している。
【００６２】
使用状態判別部１４は、無線通信装置の使用状態を判別する。使用状態判別部１４が使用状態を判別するための方法としては、人体センサを利用する方法、イヤホンマイクの使用の有無に基づく方法、外部スピーカーの使用の有無に基づく方法、温度センサを利用する方法、あるいはこれらを組合わせた方法など、様々な方法が利用可能である。使用状態判別部１４は、判別した使用状態に適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００６３】
なお、使用状態と偏波特性や指向特性との対応は、基地局で用いるアンテナの種類、利用する電波の周波数、あるいは利用する無線システムなどの条件で予め決まる。例えば、基地局の偏波が地面に対して垂直ならば、無線通信装置でも垂直偏波が最適となる。また、基地局と、無線通信装置の地面からの高さがほぼ同じであれば、指向特性は、地面に対して水平方向を向いていると良い。
【００６４】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００６５】
このように第６の実施形態の無線通信装置によれば、使用状態に応じて、指向特性や偏波特性を常に最適に制御することが可能となる。従って、様々な使用状態のいずれであっても高品質な無線通信を実現可能となる。
【００６６】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００６７】
（第７の実施形態）
図８は第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図である。なお、図１および図６と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示す無線通信装置は、筐体１０、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５を含む。
【００６８】
第７の実施形態の無線通信装置は、例えば携帯電話装置などのような携帯型の端末装置であり、アンテナ装置１１および受信電力測定部１５などの要素が筐体１０に収容されて構成されている。そしてこの無線通信装置は、図６に示したように使用者の頭部に近接される通話状態、あるいはメールの送受信などのためのデータ通信状態といった複数の使用状態がとられる。
【００６９】
アンテナ装置１１は、第１の実施形態乃至第４の実施形態のいずれかに示される構成のものである。ただし図８では、第１の実施形態における構成を示している。
【００７０】
受信電力測定部１５は、偏波特性や指向特性を様々に変化するようアンテナ装置１１を制御しつつ、各状態でのアンテナ装置１１の励振素子１での受信電力をそれぞれ測定する。受信電力測定部１５は、測定結果に基づいて適した偏波特性や指向特性を選定し、これをアンテナ装置１１の制御回路４，８に通知する。
【００７１】
制御回路４，８は、通知された偏波特性や指向特性に合わせて可変インピーダンス素子３ａ，３ｂ，３ｃのインピーダンスを制御する。
【００７２】
さて、アンテナ装置１１へ到来する電波は、その伝搬環境が変化すると、到来方向や偏波が変化する。また、アンテナ装置１１の向きが変化すると、アンテナ装置１１に対する電波の到来方向や偏波が変化する。この様な場合で、到来電波の性質が分からない場合には、最適な指向特性や偏波特性を判断することが難しい。
【００７３】
そこで、受信電力測定部１５は、制御回路４，８に指示して指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力を測定する。そして受信電力が最も高くなる特性を選定して、これを制御回路４，８に通知する。
【００７４】
このように第７の実施形態の無線通信装置によれば、実際に高い受信電力が得られる偏波特性や指向特性が選定されて、この偏波特性や指向特性となるようにアンテナ装置１１の特性が制御される。従って、伝搬環境に最適な偏波特性や指向特性を用いた高品質な無線通信が実現可能となる。
【００７５】
なお、アンテナ装置１１として第４の実施形態に示される構成のものを用いる場合には、可変整合回路７を用いることで、使用状態毎での励振素子１のインピーダンスの変動を補償することも可能となり、インピーダンスの不整合による電力の反射を軽減することも可能となる。
【００７６】
前記の各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
各実施形態では、線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの間の角度は９０度以外であっても良い。
【００７７】
各実施形態では、可変インピーダンス素子は２つまたは４つ以上を挿入するようにしても良い。
【００７８】
各実施形態では、１つの線状素子に複数の可変インピーダンス素子を挿入するようにしても良い。このようにすれば、電流分布を変化させる自由度が高まり、偏波特性や指向特性の変化の自由度が向上する。なお、可変インピーダンス素子の挿入場所は、実現したい電流分布の種類と数によって決めればよい。ただし、可変インピーダンス素子どうしは、近接させし過ぎても、離し過ぎても効果が小さくなる。例えば、可変インピーダンス素子どうしの離間距離は、使用する周波数の８分の１ぐらいの間隔とすることで効率良く動作させることが可能となる。
【００７９】
各実施形態では、非励振素子２，５，６は、空間的に直交する３方向に向いた線状素子以外に、これらの線状素子に直交しない別の線状素子を有する構造でも構わない。このようにすれば、少ない可変インピーダンス素子で多様な電流分布を実現可能となり、コスト対効果の向上が図れる。
【００８０】
各実施形態では、制御回路４，８はアンテナ装置に設けるのではなく、アンテナ装置を搭載する装置の側に設けるようにしても良い。
【００８１】
第１実施形態では、非励振素子２の線状素子２ａ，２ｂ，２ｃのいずれか１つを省略することも可能である。
【００８２】
第２の実施形態では、平行な線状素子が２本の例で説明しているが、３以上あってもよい。例えば、互いに平行な線状素子２ｃと５ｃの間に、これらの線状素子と平行な線状素子をもう一つ追加で設けてもよい。こうすることにより、指向特性の制御の自由度が増え、高利得な指向性も実現可能となる。
【００８３】
第４の実施形態では、非励振素子２を非励振素子５や非励振素子６に置き換えることも可能である。
【００８４】
第６の実施形態では、使用状態に適した偏波特性や指向特性の選定を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８５】
第６の実施形態では、使用状態判別部１４をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８６】
第７の実施形態では、指向特性や偏波特性を順次変化させながら、各特性での受信電力の測定値を収集する処理、あるいは受信電力が最も高くなる特性を選定する処理を、アンテナ装置１１の制御回路４，８にて行うようにしても良い。
【００８７】
第７の実施形態では、受信電力測定部１５をアンテナ装置１１に持たせておいても良い。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の方向に向けて配置され、無線回路に接続される励振素子と、前記第１の方向と直交しかつ互いに直交する第２および第３の方向にそれぞれ向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子と、所望の偏波特性に合わせて前記第１及び第２の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する制御手段とを備えたので、所望の偏波特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図８】第７の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１…励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、２，５，６…非励振素子、２ａ，２ｂ，２ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ…線状素子、３ａ，３ｂ，３ｃ…可変インピーダンス素子、４，８…制御回路、７…可変整合回路、９…給電線路、１０…筐体、１１…アンテナ装置、１２…受話部、１３…回路基板、１４…使用状態判別部、１５…受信電力測定部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device capable of electrically changing a radiation pattern and a wireless communication device equipped with the antenna device.
[0002]
[Prior art]
A wireless communication device such as a mobile phone device has a plurality of usage states such as a state where a call is made using the device as a handset, and a state where an electronic mail is read and written.
[0003]
In such a plurality of use states, the relative orientation of the antenna with respect to the ground changes. As a result, the directivity of the radiation pattern of the antenna is directed in a different direction depending on the use state, and the polarization direction when the ground is used as a reference changes. Therefore, when an antenna is configured to realize optimal directivity and polarization characteristics in a certain use state, the directivity and polarization characteristics may not be optimal in other use states.
[0004]
In order to solve such a problem, an antenna capable of changing the directivity is known (for example, see Patent Document 1).
[0005]
The antenna disclosed in Patent Document 1 is configured by using one excitation element and arranging a plurality of non-excitation elements 2 having a variable impedance around the excitation element. Each non-excitation element 2 is arranged away from the excitation element and other non-excitation elements 2 and in a direction parallel to the excitation elements. By appropriately changing the value of the variable impedance, the coupling coefficient between the excitation element and the non-excitation element 2 is changed, and the radiation pattern is changed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-261532 JP
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional antenna, what is variable is the radiation pattern, and the polarization characteristics cannot be changed.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of changing polarization characteristics and a wireless communication device equipped with the antenna device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an excitation element disposed in a first direction and connected to a radio circuit, and second and third orthogonal to the first direction and orthogonal to each other. A non-exciting element having first and second conductive linear elements arranged in each direction and joined to each other, and coupled to the excitation element via a space; and the first and second conductive elements First and second variable impedance elements inserted in the middle of each of the linear elements, and control means for controlling the impedances of the first and second variable impedance elements in accordance with desired polarization characteristics; An antenna device was configured.
In order to achieve the above object, another aspect of the present invention is directed to an exciting element connected to a radio circuit and first to third elements arranged in first to third directions orthogonal to each other and joined to each other. A non-excitation element having a conductive linear element and coupled to the excitation element via a space, and first to third inserted in the middle of each of the first to third conductive linear elements. The antenna apparatus is configured to include a variable impedance element and a control unit that controls the impedance of the first to third variable impedance elements in accordance with desired polarization characteristics.
In order to achieve the above object, another aspect of the present invention comprises a radio communication apparatus including the antenna apparatus having any one of the above-described configurations.
In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides an antenna device having any one of the above-described configurations, a circuit board on which the radio circuit is mounted, the antenna device being disposed with one surface facing the antenna device, A wireless communication device is configured including a receiving unit that is disposed on the opposite side of the antenna device with the circuit board interposed therebetween and outputs a received voice.
[0010]
By taking such a means, the excitation element and the non-excitation element are coupled through the space, and radiation is performed by the excitation element and the non-excitation element. Here, by controlling the impedance of the variable impedance element, each current distribution of the plurality of linear elements can be individually changed, and a desired polarization characteristic can be obtained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to the first embodiment.
The antenna device shown in FIG. 1 includes an excitation element 1, a non-excitation element 2, variable impedance elements 3 a, 3 b, 3 c and a control circuit 4.
[0012]
The excitation element 1 is an antenna element suitable for a radio signal transmitted and received by a radio communication device on which the antenna device is mounted. For example, a dipole antenna, an inverted F antenna, or a patch antenna can be used as the excitation element 1. When the excitation element 1 is mounted on a wireless communication device, the excitation element 1 is connected to a transmission / reception circuit (not shown) through a feed line.
[0013]
The non-excitation element 2 is arranged separately from the excitation element 1. Here, the separation distance is a distance where the coupling between the excitation element 1 and the non-excitation element 2 through the space exists. Generally, it is used in the region of several wavelengths or less at the radio frequency wavelength. However, when the excitation element 1 is several times larger than the wavelength, or when the excitation element 1 has a high gain, the above separation distance may be several tens of wavelengths or more. The non-excitation element 2 is not connected to the transmission / reception circuit.
[0014]
The non-exciting element 2 has three linear elements 2a, 2b, 2c. These linear elements 2a, 2b, 2c are formed by forming a conductive material into a linear shape. The linear elements 2a, 2b, and 2c are joined to each other at the ends in a state in which the linear elements 2a, 2b, and 2c are directed in directions orthogonal to each other.
[0015]
The variable impedance elements 3a, 3b, 3c are inserted in the middle of the linear elements 2a, 2b, 2c, respectively. The variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are configured by combining a reactance element such as a capacitor or an inductor or a resistance element with a variable capacitor using a diode, a high-frequency switch using a PIN diode or an FET, or the like. The structure of such an element is well known, and ready-made products can be used as the variable impedance elements 3a, 3b, 3c.
[0016]
The control circuit 4 individually controls the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c. The control circuit 4 can be realized by, for example, a configuration that controls the bias voltage supplied to the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c via the choke coil.
[0017]
Next, the operation of the antenna device configured as described above will be described.
When this antenna device is mounted on a wireless communication device, only the excitation element 1 is connected to the transmission / reception circuit. However, since the excitation element 1 and the non-excitation element 2 are coupled through a space, the excitation element 1 and the non-excitation Radiation occurs from both elements 2. Then, the radiation from each of the excitation element 1 and the non-excitation element 2 is combined to be radiation of the antenna device.
[0018]
Here, variable impedance elements 3a, 3b, 3c are inserted in the middle of the linear elements 2a, 2b, 2c of the non-excitation element 2. By changing the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c, the current distribution that is the radiation source of the non-excitation element 2 is changed.
[0019]
When the reactance values of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are changed, the phase of the current of the linear elements 2a, 2b, and 2c can be delayed or advanced. Furthermore, if the reactance values of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c are sufficiently increased, the currents of the linear elements 2a, 2b, 2c can be cut off. In addition, when the resistance values of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are changed, the current amplitude of the linear elements 2a, 2b, and 2c can be attenuated. Therefore, the amplitude and phase of the currents of the linear elements 2a, 2b, 2c can be arbitrarily controlled by changing the reactance values and resistance values of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c in combination.
[0020]
Now, the linear elements 2a, 2b, and 2c are oriented in directions that are spatially orthogonal to each other. Accordingly, the respective directions of the linear elements 2a, 2b, and 2c can be considered as the X axis, the Y axis, and the Z axis in the orthogonal coordinate system. Since the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are inserted into the linear elements 2a, 2b, and 2c, respectively, by changing the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c, the X axis direction and the Y axis direction are changed. Each current distribution in the Z-axis direction can be individually controlled. Since the radiation of the non-excitation element 2 is generated by combining the current distributions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the directivity pattern and the polarization characteristic can be arbitrarily set by changing the current distribution in each axis. Can be formed. Arbitrary polarization characteristics include linear polarization in various directions such as horizontal polarization and vertical polarization, right-handed circular polarization, left-handed circular polarization, or elliptical polarization with different axial ratios. means.
[0021]
For example, when the current amplitude of the linear element 2a in the X-axis direction is increased and the current amplitude of the linear elements 2b and 2c in the Y-axis direction and the Z-axis direction is decreased, linear polarization parallel to the X-axis is generated. Will radiate. Quantitatively, if the ratio between the current amplitude in the X-axis direction and the current amplitude in the Y-axis and Z-axis directions is 10 times, a good linearly polarized wave with a cross polarization of 20 dB or less can be realized.
[0022]
Further, when the current amplitudes of the linear elements 2a and 2b in the X-axis direction and the Y-axis direction are the same and the current phase difference is 90 degrees, circularly polarized waves with an axial ratio of 0 dB are radiated in the Z-axis direction. Will be.
[0023]
The relationship between various polarization characteristics and impedances is obtained, and the control circuit 4 controls the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c in accordance with the desired polarization characteristics.
[0024]
As described above, according to the antenna device of the first embodiment, the non-excited element 2 obtained by coupling the linear elements 2a, 2b, and 2c directed in different directions is provided, and the linear elements 2a, 2b, and 2c are provided. The current distribution of the linear elements 2a, 2b, 2c is individually changed by controlling the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c inserted into the linear elements. It is possible to form a current distribution bias between the linear elements 2a, 2b, 2c, and to change the polarization characteristics in various ways according to the degree of the current distribution bias.
[0025]
Further, according to the antenna device of the first embodiment, since the three linear elements 2a, 2b, 2c are directed in directions orthogonal to each other, current distributions in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively. Therefore, the polarization characteristics can be changed efficiently.
[0026]
Further, according to the antenna device of the first embodiment, since the three variable impedance elements 3a, 3b, 3c are inserted into the linear elements 2a, 2b, 2c, respectively, the X-axis direction, the Y-axis direction, Z Since each current distribution in the axial direction can be individually controlled, it is possible to change the polarization characteristics in various ways.
[0027]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the antenna device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The antenna device shown in FIG. 2 includes an excitation element 1, variable impedance elements 3a, 3b, 3c, a control circuit 4, and a non-excitation element 5. That is, the antenna device of the second embodiment is provided with a non-excitation element 5 instead of the non-excitation element 2 in the antenna device of the first embodiment.
[0028]
The non-excitation element 5 is disposed away from the excitation element 1. Here, the separation distance is a distance where the coupling between the excitation element 1 and the non-excitation element 5 is present. The non-excitation element 5 is not connected to the transmission / reception circuit.
[0029]
The non-excitation element 5 has six linear elements 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, 5c. The linear elements 5a, 5b, 5c are formed by forming a conductive material into a linear shape. The linear element 2a and the linear element 5a, the linear element 2b and the linear element 5b, the linear element 2c and the linear element 5c are paired, and the pair of linear elements are spaced apart from each other and arranged in parallel. . Each linear element 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, 5c is joined to another linear element to form one non-excited element 5.
[0030]
The variable impedance elements 3a, 3b, 3c are inserted into one of a pair of linear elements arranged in parallel. In FIG. 2, variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are inserted into the linear elements 5a, 5b, and 2c, respectively. The variable impedance element 3a may be inserted into the linear element 2a. The variable impedance element 3b may be inserted into the linear element 2b. The variable impedance element 3c may be inserted into the linear element 5c. Further, three variable impedance elements may be prepared, and variable impedance elements may be inserted into all of the linear elements 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, and 5c.
[0031]
As described above, in the antenna device of the second embodiment, the non-excitation element 5 has a shape in which two linear elements are spatially spaced apart in three spatially orthogonal directions. It is characterized by that. By including the non-excitation element 5 having such a shape, it is possible to change the directional characteristics in addition to the change of the polarization characteristics due to the same action as the antenna device of the first embodiment. It becomes.
[0032]
Hereinafter, a change in directivity will be described.
The minimum condition for controlling the antenna directivity is to control the amplitude and phase of two spatially separated radiation sources. Due to the relationship between the amplitude and phase of the two radiation sources, radio waves are combined in one direction and cancel each other in the other direction. As a result, directional characteristics are formed. If the amplitude and phase can be controlled in a plurality of states, a plurality of directivity characteristics can be realized. Note that the distance between the two radiation sources is determined by the beam width of the directional characteristic to be realized.
[0033]
In the antenna device according to the second embodiment, the directivity characteristics regarding the direction in which the linear elements are directed can be changed by appropriately controlling the amplitude and phase of the pair of linear elements. For example, the directivity characteristics in the X-axis direction can be changed by controlling the amplitude and phase of the linear element 2a and the linear element 5a. By controlling the amplitude and phase of the linear element 2b and the linear element 5b, the directivity characteristic in the Y-axis direction can be changed. By controlling the amplitude and phase of the linear element 2c and the linear element 5c, the directivity characteristic in the Z-axis direction can be changed.
[0034]
Although no variable impedance element is inserted in the linear elements 2a, 2b, and 5c, the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c are changed because they are affected by impedance changes of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c. By controlling, the amplitude and phase of the linear elements 2a, 2b, 5c can be controlled.
[0035]
As described above, according to the antenna device of the second embodiment, the linear elements 2a, 2b, 2c directed in different directions, and the linear elements 5a parallel to the linear elements 2a, 2b, 2c, respectively. , 5b, 5c are provided, and the linear elements 2a, 2b are provided by controlling the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c inserted in the linear elements 5a, 5b, 2c. , 2c, 5a, 5b, and 5c are individually changed. It is possible to form a current distribution bias between the linear elements orthogonal to each other, and it is possible to change the polarization characteristics in various ways according to the degree of the current distribution bias. In addition, amplitude and phase deviation can be formed between a pair of linear elements parallel to each other, and the directivity can be changed variously according to the degree of amplitude and phase deviation.
[0036]
In the second embodiment, two linear elements are arranged in parallel in all three spatially orthogonal directions. However, the two linear elements are parallel in only one direction or two directions. It may be arranged.
[0037]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to a modification of the second embodiment. The non-excitation element 5 'in the antenna device of this modification has a structure in which the linear element 5a is removed from the non-excitation element 5 in the second embodiment. That is, the non-excitation element 5 'has only one linear element 2a in the X-axis direction.
Even with such a configuration, both polarization characteristics and directivity characteristics can be changed.
[0038]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the antenna device according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The antenna device shown in FIG. 4 includes an excitation element 1, variable impedance elements 3 a and 3 b, a control circuit 4, and a non-excitation element 6.
[0039]
The non-exciting element 6 has two linear elements 6a and 6b. These linear elements 6a and 6b are formed by linearly forming a conductive material. The linear elements 6a and 6b are joined to each other at the ends in a state in which the linear elements 6a and 6b are directed in directions that are spatially orthogonal to each other. The non-excitation element 6 is arranged so as to be separated from the excitation element 1 in such a posture that both the linear elements 6a and 6b face in a direction orthogonal to the direction A in which the excitation element 1 faces. Here, the separation distance is a distance where the coupling between the excitation element 1 and the non-excitation element 6 exists through the space. The non-excitation element 6 is not connected to the transmission / reception circuit.
[0040]
The variable impedance elements 3a and 3b are inserted in the middle of the linear elements 6a and 6b, respectively.
[0041]
The antenna device according to the third embodiment does not realize a plurality of polarization characteristics with only a non-excitation element as in the antenna device according to the first embodiment, but also uses radiation from the excitation element 1. Realize multiple polarization characteristics.
[0042]
That is, the control circuit 4 controls the impedances of the variable impedance elements 3a and 3b to form a bias of the current distribution of the linear elements 6a and 6b with respect to the current distribution of the excitation element 1, and thereby the degree of the bias of the current distribution. The polarization characteristics are variously changed according to.
[0043]
As described above, according to the antenna device of the third embodiment, the polarization characteristics can be changed by the non-excitation element 6 having a simpler configuration than the non-excitation element 2. As a result, the antenna device of the third embodiment can be made smaller than the antenna device of the first embodiment. However, since it is usually difficult to control the current distribution of the excitation element 1, the degree of freedom in changing the polarization characteristic is reduced.
[0044]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the antenna device according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The antenna device shown in FIG. 5 includes an excitation element 1, variable impedance elements 3 a, 3 b, 3 c, a non-excitation element 5, a variable matching circuit 7, and a control circuit 8. That is, the antenna device of the fourth embodiment is provided with a variable matching circuit 7 in addition to the antenna device of the first embodiment, and a control circuit 8 in place of the control circuit 4.
[0045]
The variable matching circuit 7 is inserted in a feed line 9 that connects the excitation element 1 and the transmission / reception circuit. The variable matching circuit 7 matches the impedance of the feed line 9. That is, the variable matching circuit 7 serves to convert the impedance of the excitation element 1 into the impedance of the feeder line 9.
[0046]
The control circuit 8 controls the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c, and controls the variable matching circuit 7 according to the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c.
[0047]
Next, the operation of the antenna device configured as described above will be described.
[0048]
The control circuit 8 controls the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c in the same manner as the control circuit 4 in the first embodiment, thereby changing the polarization characteristics as in the first embodiment.
[0049]
Now, since the exciting element 1 and the non-exciting element 2 are coupled via a space, if the current distribution on the non-exciting element 2 is changed by changing the impedance of the variable impedance elements 3a, 3b, 3c, the exciting element The current distribution on 1 also changes. The impedance of the excitation element 1 is determined by the ratio of the current and voltage at the feeding point according to Ohm's law. The current distribution of the excitation element 1 is determined by the shape of the excitation element 1 and the coupling with the non-excitation element 2. Therefore, when the current distribution on the excitation element 1 changes as described above, the impedance of the excitation element 1 also changes.
[0050]
Therefore, the control circuit 8 controls the variable matching circuit 7 so as to compensate for the change in the current distribution on the excitation element 1 in accordance with the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c. As a method of configuring the variable matching circuit 7, for example, a method of switching a plurality of matching circuits, a method of using a variable impedance element for the matching circuit, a method of combining the above two methods, and the like can be considered.
[0051]
As described above, according to the antenna device of the fourth embodiment, it is possible to change the polarization characteristics as in the first embodiment. According to the antenna device of the fourth embodiment, the variable matching circuit 7 compensates for the change in the current distribution on the excitation element 1 that accompanies the change in the polarization characteristics. Reflection can be reduced.
[0052]
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication apparatus according to the fifth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The wireless communication device illustrated in FIG. 6 includes a housing 10, an antenna device 11, a receiver unit 12, and a circuit board 13.
[0053]
The wireless communication device according to the fifth embodiment is a portable terminal device such as a mobile phone device, and is configured by housing elements such as the antenna device 11, the receiver unit 12, and the circuit board 13 in the housing 10. Has been. In the wireless communication device, the head of the user U is brought close to the first surface of the housing 10 as shown in FIG.
[0054]
The antenna device 11 has a configuration shown in any of the first to fourth embodiments. However, FIG. 6 shows a configuration in the first embodiment. The receiving unit 12 includes a speaker and outputs a received voice. The circuit board 13 is mounted with an electrical circuit such as a transmission / reception circuit.
[0055]
The receiver 12 is disposed on the first surface in the housing 10. The antenna device 11 is disposed on the opposite side of the receiver 12 with the circuit board 13 interposed therebetween.
[0056]
Thus, in the wireless communication apparatus of the fifth embodiment having such a configuration, it is possible to realize high radiation efficiency by making use of the characteristics of the first to fourth embodiments. Quality wireless communication can be realized.
[0057]
In the wireless communication device according to the fifth embodiment, the antenna device 11 is positioned farthest from the user U's head even when the user U's head is brought close to the housing 10 in a call state. For this reason, the amount of absorption at the head of the electromagnetic waves radiated from the antenna device 11 can be minimized, and the radiation efficiency can be kept high. In addition, since fluctuations in impedance due to the proximity of the head can be suppressed to a small level, impedance control for changing the polarization characteristics and directivity characteristics can be performed more appropriately.
[0058]
When the antenna device 11 having the configuration shown in the fourth embodiment is used, the variable matching circuit 7 can be used to compensate for fluctuations in the impedance of the excitation element 1 due to the influence of the head. Thus, it is possible to reduce the reflection of power due to impedance mismatch.
[0059]
(Sixth embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication apparatus according to the sixth embodiment. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The wireless communication device illustrated in FIG. 7 includes a housing 10, an antenna device 11, and a use state determination unit 14.
[0060]
The wireless communication device according to the sixth embodiment is a portable terminal device such as a mobile phone device, and includes elements such as an antenna device 11 and a use state determination unit 14 housed in a housing 10. Yes. As shown in FIG. 6, the wireless communication apparatus is in a plurality of usage states such as a call state close to the user's head or a data communication state for sending and receiving mail.
[0061]
The antenna device 11 has a configuration shown in any of the first to fourth embodiments. However, FIG. 7 shows a configuration in the first embodiment.
[0062]
The usage state determination unit 14 determines the usage state of the wireless communication device. As a method for the use state determination unit 14 to determine the use state, a method using a human body sensor, a method based on whether or not an earphone microphone is used, a method based on whether or not an external speaker is used, and a method using a temperature sensor Various methods such as a method of combining these methods can be used. The use state determination unit 14 selects a polarization characteristic and directivity characteristic suitable for the determined use state, and notifies the control circuits 4 and 8 of the antenna device 11 of this.
[0063]
Note that the correspondence between the usage state and the polarization characteristics and directivity characteristics is determined in advance by conditions such as the type of antenna used in the base station, the frequency of radio waves used, or the radio system used. For example, if the polarization of the base station is vertical to the ground, the vertical polarization is optimal for the wireless communication apparatus. Further, if the height of the base station and the wireless communication device from the ground is substantially the same, the directivity may be oriented in the horizontal direction with respect to the ground.
[0064]
The control circuits 4 and 8 control the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c in accordance with the notified polarization characteristics and directivity characteristics.
[0065]
As described above, according to the wireless communication apparatus of the sixth embodiment, the directivity and polarization characteristics can always be optimally controlled according to the use state. Therefore, high-quality wireless communication can be realized in any of various usage states.
[0066]
When the antenna device 11 having the configuration shown in the fourth embodiment is used, the variable matching circuit 7 can be used to compensate for fluctuations in the impedance of the excitation element 1 for each use state. Thus, it is possible to reduce power reflection due to impedance mismatch.
[0067]
(Seventh embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication apparatus according to the seventh embodiment. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The wireless communication device illustrated in FIG. 8 includes a housing 10, an antenna device 11, and a received power measurement unit 15.
[0068]
The wireless communication device according to the seventh embodiment is a portable terminal device such as a mobile phone device, and includes elements such as an antenna device 11 and a reception power measurement unit 15 housed in a housing 10. Yes. As shown in FIG. 6, the wireless communication apparatus is in a plurality of usage states such as a call state close to the user's head or a data communication state for sending and receiving mail.
[0069]
The antenna device 11 has a configuration shown in any of the first to fourth embodiments. However, FIG. 8 shows a configuration in the first embodiment.
[0070]
The received power measuring unit 15 measures the received power at the excitation element 1 of the antenna device 11 in each state while controlling the antenna device 11 so as to change the polarization characteristics and the directivity characteristics in various ways. The received power measurement unit 15 selects a suitable polarization characteristic and directivity characteristic based on the measurement result, and notifies the control circuits 4 and 8 of the antenna device 11 of this.
[0071]
The control circuits 4 and 8 control the impedances of the variable impedance elements 3a, 3b, and 3c in accordance with the notified polarization characteristics and directivity characteristics.
[0072]
Now, when the propagation environment of the radio wave arriving at the antenna device 11 changes, the arrival direction and polarization change. Further, when the direction of the antenna device 11 changes, the direction of arrival of radio waves and the polarization of the antenna device 11 change. In such a case, when the nature of the incoming radio wave is not known, it is difficult to determine the optimum directivity characteristics and polarization characteristics.
[0073]
Therefore, the received power measurement unit 15 measures the received power at each characteristic while instructing the control circuits 4 and 8 to sequentially change the directivity characteristic and the polarization characteristic. Then, the characteristic with the highest received power is selected and this is notified to the control circuits 4 and 8.
[0074]
Thus, according to the radio communication apparatus of the seventh embodiment, the antenna device is selected so that the polarization characteristics and directivity characteristics that can actually obtain high received power are selected and the polarization characteristics and directivity characteristics are obtained. 11 properties are controlled. Therefore, high-quality wireless communication using polarization characteristics and directivity characteristics that are optimal for the propagation environment can be realized.
[0075]
When the antenna device 11 having the configuration shown in the fourth embodiment is used, the variable matching circuit 7 can be used to compensate for fluctuations in the impedance of the excitation element 1 for each use state. Thus, it is possible to reduce power reflection due to impedance mismatch.
[0076]
Each of the above-described embodiments can be variously modified as follows.
In each embodiment, the angle between each of the linear elements 2a, 2b, 2c may be other than 90 degrees.
[0077]
In each embodiment, two or four or more variable impedance elements may be inserted.
[0078]
In each embodiment, a plurality of variable impedance elements may be inserted into one linear element. In this way, the degree of freedom in changing the current distribution is increased, and the degree of freedom in changing the polarization characteristic and the directivity is improved. Note that the insertion location of the variable impedance element may be determined according to the type and number of current distributions to be realized. However, the effect is small if the variable impedance elements are too close or too far apart. For example, the separation distance between the variable impedance elements can be efficiently operated by setting an interval of about 1/8 of the frequency to be used.
[0079]
In each embodiment, the non-excitation elements 2, 5, and 6 may have a structure having other linear elements that are not orthogonal to these linear elements, in addition to linear elements that are oriented in three directions that are spatially orthogonal. . In this way, various current distributions can be realized with a small number of variable impedance elements, and cost effectiveness can be improved.
[0080]
In each embodiment, the control circuits 4 and 8 may be provided not on the antenna device but on the device mounting the antenna device.
[0081]
In the first embodiment, any one of the linear elements 2a, 2b, 2c of the non-excitation element 2 can be omitted.
[0082]
In the second embodiment, the example of two parallel linear elements has been described, but there may be three or more. For example, another linear element parallel to these linear elements may be additionally provided between the linear elements 2c and 5c parallel to each other. By doing so, the degree of freedom in controlling the directivity increases, and high gain directivity can be realized.
[0083]
In the fourth embodiment, the non-excitation element 2 can be replaced with the non-excitation element 5 or the non-excitation element 6.
[0084]
In the sixth embodiment, selection of polarization characteristics and directivity characteristics suitable for the use state may be performed by the control circuits 4 and 8 of the antenna device 11.
[0085]
In the sixth embodiment, the use state determination unit 14 may be provided in the antenna device 11.
[0086]
In the seventh embodiment, the antenna device performs the process of collecting the measurement value of the received power at each characteristic or the process of selecting the characteristic with the highest received power while sequentially changing the directivity characteristic and the polarization characteristic. 11 control circuits 4 and 8 may be used.
[0087]
In the seventh embodiment, the antenna apparatus 11 may have the received power measurement unit 15.
[0088]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
[0089]
【The invention's effect】
According to the present invention, the excitation element arranged in the first direction and connected to the radio circuit, and arranged in the second and third directions orthogonal to the first direction and orthogonal to each other, respectively. A non-excitation element having first and second conductive linear elements joined to each other and coupled to the excitation element via a space, and the first and second conductive linear elements, respectively. The first and second variable impedance elements inserted in the middle of the first and second control elements and control means for controlling the impedance of the first and second variable impedance elements in accordance with the desired polarization characteristics. It is possible to obtain the polarization characteristics of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to a modification of the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an antenna device according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to a seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excitation element, 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, 5c ... Linear element, 2, 5, 6 ... Non-excitation element, 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, 5c ... Linear element, 3a, 3b , 3c ... variable impedance element, 4, 8 ... control circuit, 7 ... variable matching circuit, 9 ... feeder line, 10 ... housing, 11 ... antenna device, 12 ... receiver, 13 ... circuit board, 14 ... use state discrimination Unit, 15... Reception power measurement unit.

Claims

第１の方向に向けて配置され、無線回路に接続される励振素子と、
前記第１の方向と直交しかつ互いに直交する第２および第３の方向にそれぞれ向けて配置されかつ互いに接合された第１及び第２の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、
前記第１及び第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１及び第２の可変インピーダンス素子と、
所望の偏波特性に合わせて前記第１及び第２の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する制御手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。An excitation element arranged in a first direction and connected to a radio circuit;
A first conductive linear element and a second conductive linear element that are arranged in a second direction and a third direction orthogonal to the first direction and orthogonal to each other; A non-excited element coupled through
First and second variable impedance elements inserted in the middle of each of the first and second conductive linear elements;
An antenna device comprising: control means for controlling impedances of the first and second variable impedance elements in accordance with desired polarization characteristics.

無線回路に接続される励振素子と、  An excitation element connected to the radio circuit;
互いに直行する第１乃至第３の方向に向けて配置されかつ互いに接合された第１乃至第３の導電性線状素子を有し、前記励振素子に空間を介して結合する非励振素子と、  A non-excitation element having first to third conductive linear elements arranged in first to third directions orthogonal to each other and joined to each other, and coupled to the excitation element via a space;
前記第１および第２の導電性線状素子のそれぞれの途中に挿入された第１および第２の可変インピーダンス素子と、  First and second variable impedance elements inserted in the middle of each of the first and second conductive linear elements;
所望の偏波特性に合わせて前記第１および第２の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御する制御手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。  An antenna device comprising: control means for controlling impedances of the first and second variable impedance elements in accordance with desired polarization characteristics.

前記第３の導電性線状素子の途中に挿入された第３の可変インピーダンス素子をさらに具備し、
前記制御手段は、前記偏波特性に合わせて前記第３の可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。A third variable impedance element inserted in the middle of the third conductive linear element;
The antenna device according to claim 2 , wherein the control unit controls the impedance of the third variable impedance element in accordance with the polarization characteristic.

前記非励振素子は、前記第１乃至第３の導電性線状素子の少なくとも１つと同じ方向に向けて配置された少なくとも１つの第４の導電性線状素子をさらに有し、
前記第４の導電性線状素子は、前記第１乃至第３の導電性線状素子のうちの前記第４の導電性線状素子とは異なる方向に向けて配置された素子に接続されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。The parasitic element may further have a first, second and third least one fourth conductive linear element disposed toward at least one and the same direction of the conductive linear element,
Said fourth conductive linear elements, Ru is connected to the elements located in different directions from said fourth conductive linear element of said first to third conductive linear element The antenna device according to claim 3.

前記制御手段は、前記アンテナ装置が搭載される無線通信装置の使用状態に適した偏波特性に合わせて前記インピーダンスを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。Said control means, an antenna device according to claim 1 or claim 2, characterized in that said antenna device controls the impedance in accordance with the polarization characteristics suitable for use state of the wireless communication apparatus mounted .

前記制御手段は、前記励振素子の受信電力に適した偏波特性に合わせて前記インピーダンスを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。It said control means, an antenna device according to claim 1 or claim 2, wherein the controller controls the impedance in accordance with the polarization characteristics suitable for the received power of the excitation element.

前記可変インピーダンス素子のインピーダンス変化に伴う前記励振素子のインピーダンス変化を補償する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。Antenna device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that further comprising means for compensating for impedance change of the driven element with the impedance change of the variable impedance element.

請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。Radio communication apparatus comprising the antenna device according to any one of claims 1 to 7.

請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に一方の面を向けて配置され、前記無線回路が実装された回路基板と、
前記回路基板を挟んで前記アンテナ装置の反対側に配置され、受話音声を出力する受話部とを具備したことを特徴とする無線通信装置。The antenna device according to any one of claims 1 to 8 ,
A circuit board disposed with the one side facing the antenna device and mounted with the radio circuit;
A wireless communication device, comprising: a receiving unit that is disposed on the opposite side of the antenna device with the circuit board interposed therebetween and outputs a received voice.