JP4257349B2 - アンテナ装置及び無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、電波信号を受信するアンテナ装置及び無線通信端末に関する。

近年、携帯電話等の無線通信端末においては、送受信アンテナ素子及び受信専用アンテナ素子を受信装置に接続し、それぞれのアンテナ素子によって受信された信号の受信電界強度に応じて電界強度が大きい方の受信信号を選択したり、又はそれぞれのアンテナ素子によって受信された信号を合成したりするダイバーシティ受信が利用されている。
一方、無線通信端末のさらなる小型化・高機能化が要求されており、部品の実装エリアが少なくなる中、アンテナ素子の内蔵化が必須となってきている。また、無線通信端末の小型化・高機能化に伴い、アンテナ素子の小型化が進んできている。

上述した送受信アンテナ素子及び受信専用アンテナ素子を無線通信端末に内蔵した場合、周辺構造やグランド（ＧＮＤ）領域の接近等によりアンテナ利得や受信感度等のアンテナ性能が劣化する傾向がある。また、両アンテナ素子を互いに十分離間させた位置に実装するためのエリアを確保することができず、送受信アンテナ素子と受信専用アンテナ素子とが必要以上に接近した状態で実装されることになるため、アンテナ素子間の干渉によりアンテナ性能が劣化する傾向がある。また、無線通信端末に内蔵されるアンテナは小型化されたアンテナであるので、受信可能な周波数の帯域幅が狭いという問題もある。

そのため、例えば、特許文献１に開示された携帯電話機では、携帯電話機の筐体内部の上部に直交配置したダイバーシティアンテナを構成する２つのヘリカルコイル素子の間に電磁遮蔽板を設けることによって、アンテナの相互干渉を少なくし、ダイバーシティ効果を上げる構成となっている。また、特許文献１には、上記構成の携帯電話機において、送受信の対象周波数の広帯域化や、大きくはなれた複数の対象周波数を扱うマルチバンドに対応するために、上記２個のヘリカルコイル素子の外に、無給電ヘリカルコイル素子などの追加の素子を設けて電磁的に結合する方法をとることが記載されている。

また、特許文献２に開示された携帯無線通信端末では、第１のアンテナ素子を第１の筐体に内蔵させるとともに、第２のアンテナ素子を第１の筐体に対して折り畳み可能な第２の筐体に内蔵させ、前記第１の筐体と前記第２の筐体とが開放状態である場合には、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とがダイバーシティアンテナを構成するようにするとともに、前記第１の筐体と前記第２の筐体とが閉じられた状態である場合には、前記第２のアンテナ素子を、前記第１のアンテナ素子との電磁結合により動作するように無給電素子として機能させ、第１のアンテナ素子の広帯域化を図る構成となっている。
特開２０００−３１７２１号公報 特開２００４−７２６０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成は、ダイバーシティアンテナを構成する2つのヘリカルコイル素子の外に、電磁遮蔽板と無給電ヘリカルコイル素子などの追加の素子とを設ける構成であるので、アンテナ装置の構成が複雑化するという問題がある。また、特許文献２に開示された構成は、ダイバーシティアンテナを構成する２つのアンテナ素子を、折り畳み可能な２つの筐体に分けて内蔵させる構成であるので、例えば、筐体が１つで構成されている無線通信端末には適用することができず、汎用性のある構成ではない。

本発明の課題は、ダイバーシティ受信を行うこと及びメインアンテナの送受信可能な周波数帯域を拡大することが可能で、且つ筐体が１筐体で構成されている無線通信端末及び２筐体で構成されている無線通信端末の何れにも搭載可能なアンテナ装置及び該アンテナ装置を搭載した無線通信端末を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、送受信用のメインアンテナと、前記メインアンテナと共同してダイバーシティ受信を行うためのサブアンテナとを備えたアンテナ装置において、前記サブアンテナをアンテナとして機能させるか、或いは無給電素子として機能させるかを切り替える切替手段を設けるとともに、前記メインアンテナとサブアンテナとを、電磁結合により複共振が生じ得るように、所定距離隔てて配置し、前記メインアンテナ及びサブアンテナには、それぞれ、両アンテナ子間の電磁結合の強度が適正値となるように調整された整合回路が接続されている、ことを特徴としている。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切替手段は、前記サブアンテナを受信回路に接続するか、或いは直接又は所定値の抵抗を介してグランドに接続するかを切り替える手段であることを特徴としている。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２の何れか一項に記載の発明において、前記複共振は２つの共振周波数を有し、第１の共振周波数は、送信帯域側に優先的に設定され、第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数を基にして受信帯域側に設定されていることを特徴としている。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発明において、前記メインアンテナ及びサブアンテナは、それぞれ、誘電体チップアンテナ、メアンダラインアンテナ、プリント基板に形成したモノポールタイプのパターンアンテナ、又はこれらの組み合わせから構成されることを特徴としている。

更に、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発明において、前記メインアンテナは、プリント基板に実装された誘電体チップアンテナと、前記プリント基板の配線用金属層のパターニングによりに形成され、且つ前記誘電体チップアンテナの開放端に接続された補助アンテナエレメントとで構成されており、前記補助アンテナエレメントの開放端とサブアンテナの開放端とが所定距離隔てられていることを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置で受信した電波信号を処理する受信信号処理手段と、前記受信信号処理手段で処理された信号を出力する出力手段と、前記アンテナ装置から電波信号を送信させる送信手段とを備える特徴とする無線通信端末。

更に、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記受信信号処理手段は、前記アンテナ装置のサブアンテナが無給電素子として機能しているときには、前記アンテナ装置のメインアンテナで受信された信号を処理し、前記サブアンテナがアンテナとして機能しているときには、前記メインアンテナで受信された信号と前記サブアンテナで受信された信号とをダイバーシティ方式で処理することを特徴としている。

更に、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記アンテナ装置の切替手段は、受信する電波信号の種別に応じてサブアンテナの接続の切り替えを行うことを特徴としている。

更に、請求項９に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記アンテナ装置の切替手段は、通信モードに応じてサブアンテナの接続の切り替えを行うことを特徴としている。

本発明によれば、アンテナ装置をダイバーシティアンテナとして使用できるとともに、広帯域の送受信アンテナとして使用することができる。

また、本発明によれば、上記アンテナ装置を無線通信端末に設けたので、ダイバーシティ受信を行うことができるとともに、メインアンテナの送受信可能な周波数帯域を拡大することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されないものとする。

図１は、本発明に係るアンテナ装置を備えた無線通信端末としての携帯通信端末１００の内部構成を示した図である。なお、本実施の形態では、携帯通信端末１００として携帯電話端末を用いるものとする。

図１に示すとおり、携帯通信端末１００は、送受信部１０と端末機能部３０とから構成される。
ここで、送受信部１０は、メインアンテナ１１、サブアンテナ１２、メイン整合回路１３、サブ整合回路１４、スイッチ部１５、デュプレクサ１６、ＧＰＳ受信フィルタ１７、メイン受信回路１８、メイン受信フィルタ１９、第１サブ受信フィルタ２０、サブ受信回路２１、第２サブ受信フィルタ２２、発信器２３、制御部２４、送信回路２５、送信フィルタ２６、パワーアンプ２７、パワー検出器２８、アイソレータ２９等から構成される。

メインアンテナ１１は、携帯通信端末１００内部に配置された送受信用のアンテナであって、ＣＤＭＡ２０００（Code Division Multiple Access 2000）、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、ＥＤＧＥ（Enhanced Data GSM Environment）等の所定の通信方式に準拠した電波信号の受信及び送信が可能となっている。なお、本実施の形態のメインアンテナ１１は、受信帯域が８３２〜８７０ＭＨｚ、送信帯域８８７〜９２５ＭＨｚである所定の通信方式（ＣＤＭＡ２０００）に対応しているものとする。

また、メインアンテナ１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）電波信号の受信時においては、当該ＧＰＳ信号電波信号の受信に要する周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）で共振することにより、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号電波信号の受信が可能となっている。

サブアンテナ１２は、携帯通信端末１００内部に配置された、メインアンテナ１１と共同してダイバーシティ受信を行うためのアンテナであって、メインアンテナ１１と同様の通信方式に準拠した電波信号の受信が可能となっている。

メイン整合回路１３は、デュプレクサ１６から見たメインアンテナ１１のインピーダンスを所定の特性インピーダンスに整合させるための回路である。

サブ整合回路１４は、第１サブ受信フィルタ２０から見たサブアンテナ１２のインピーダンスを所定の特性インピーダンスに整合させるための回路である。

以下、図２〜図４を参照して、上述したメインアンテナ１１、サブアンテナ１２、メイン整合回路１３、サブ整合回路１４について説明する。
図２は、携帯通信端末１００の電子基板（プリント基板）に実装された、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２の一例を示す図である。図２（ａ）に示すように、メインアンテナ１１は、電子基板上に設けられた誘電体チップアンテ１１ａと、電子基板上の配線用金属層のパターニングにより形成され、誘電体チップアンテ１１ａの開放端に接続された付加導体（補助アンテナエレメント）１１ｂとで構成されている。また、サブアンテナ１２は、金属箔樹脂フィルムの金属箔がメアンダ形状に刻まれたメアンダラインアンテナであり、電子基板の端部に沿設された部材上に、メアンダ形状が刻まれた金属箔樹脂フィルムを貼り付けることで構成されている。そして、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２は、両アンテナの共振系により電磁的に結合されるように、互いの開放端を所定距離離隔させて設けられている。

なお、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２の実装態様は上記例に限らず、他の態様であってもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように、サブアンテナ１２を、メアンダ形状が刻まれた金属箔樹脂フィルムを電子基板上に貼付することで形成することとしてもよいし、また、電子基板上の配線用金属層に直接メアンダ形状を刻むことで形成することとしてもよい。また、サブアンテナ１２の形状は、メアンダ状に限らず、ジグザグ状等の他のパターン形状としてもよい。また、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２を構成するアンテナ素子は、これらに限らず、他の素材で構成されたり、他の形状に構成されたアンテナ素子であってもよい。すなわち、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２のアンテナ素子として、金属製の線材で構成されたヘリカルコイルアンテナ、金属製の板材で構成された変形モノポールアンテナ、電子基板上の配線用金属層で構成されたモノポールタイプのパターンアンテナ等、各種タイプのアンテナ素子を用いることができ、またメインアンテナ１１及びサブアンテナ１２のアンテナ素子を同一タイプのもので構成することとしてもよい。

つまり、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２は、誘電体チップアンテナ、メアンダラインアンテナ、ヘリカルコイルアンテナ、変形モノポールアンテナ、プリント配線基板に形成したモノポールタイプのパターンアンテナなどの各種アンテナ素子の中から、適当なものを選択して使用することができ、また、これらのアンテナ素子を組み合わせて使用することもできる。なお、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２に使用するアンテナ素子のタイプによっては、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２とを、互いの開放端を所定距離離隔させて対向させる配置に代えて、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２とを、所定距離離隔させて並列配置する構成にしてもよい。

図３は、メインアンテナ１１、サブアンテナ１２、メイン整合回路１３、サブ整合回路１４の構成を示した図である。
図３に示すように、メイン整合回路１３は、メインアンテナ１１とスイッチ部１５との間に位置し、メインアンテナ１１の給電端とスイッチ部１５との間に接続された所定のインダクタンスＬ１を有するコイルと、当該コイルとスイッチ部１５との間に一端が接続されるとともに他端が接地された所定のインダクタンスＬ２を有するコイルと、から構成されている。また、サブ整合回路１４は、サブアンテナ１２とスイッチ部１５との間に位置し、サブアンテナ１２の給電端とスイッチ部１５との間に接続された所定のインダクタンスＬ３を有するコイルと、当該コイルとスイッチ部１５との間に一端が接続されるとともに他端が接地された所定のインダクタンスＬ４を有するコイルと、から構成されている。

ここで、図４を参照して、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２のアンテナ特性について説明する。
図４は、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２のアンテナ特性を示した図である。なお、横軸は周波数を示しており、縦軸は各アンテナのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）の値を示している。

図４（ａ）示すように、メインアンテナ１１の中心周波数は、受信帯域８３２〜８７０ＭＨｚ及び送信帯域８８７〜９２５ＭＨｚのうち、送信帯域側に偏倚させた値（例えば、９２５ＭＨｚ）に設定されている。また、サブアンテナ１２の中心周波数は、受信帯域８３２〜８７０ＭＨｚの下限値近傍の値（例えば、８００ＭＨｚ）に設定されている。

なお、本実施の形態において、メインアンテナ１１の中心周波数を受信帯域と送信帯域の中間の周波数にせず、送信帯域側に偏倚させた値（例えば、９２５ＭＨｚ）に設定している理由は、受信帯域の８３２〜８７０ＭＨｚの電波は、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２とのダイバーシティ受信により受信可能であり、また、後述する設定処理によるメインアンテナ１１の帯域拡大により受信可能であるので、送信特性を優先して設定したからである。

また、本実施の形態において、サブアンテナ１２の中心周波数を受信帯域の周波数にせず、受信帯域の下限値を越えた値（例えば、８００ＭＨｚ）に設定している理由は、メインアンテナ１１の中心周波数を送信帯域の上限値（９２５ＭＨｚ）に設定し、且つサブアンテナ１２の中心周波数を受信帯域の下限値（８３２ＭＨｚ）に設定した場合でも、両アンテナの電磁結合が強過ぎて適切な複共振が得られないからである。

メイン整合回路１３及びサブ整合回路１４における各コイルのインダクタンス（Ｌ１〜Ｌ４）は、図４（ｂ）に示すように、上記した両アンテナの複共振により、メインアンテナ１１の周波数帯域８００〜９２５ＭＨｚにおけるＶＳＷＲの値が低くなるよう設定されている。即ち、メインアンテナ１１の共振周波数帯域が拡大するように、両アンテナのインピーダンスが、メイン整合回路１３及びサブ整合回路１４により調整されている。

メイン整合回路１３及びサブ整合回路１４が有する各コイルのインダクタンスの値は、例えば、以下の手順で調整することができる。
（１）まず、メインアンテナ１１において、所望の周波数（送信帯域寄り）で共振するように、ＶＳＷＲを測定しながらメイン整合回路１３が具備するコイルのインダクタンスを調整する。より具体的には、メイン整合回路１３を構成する２つのコイルとしてそれぞれ望ましいと思われるインダクタンスを有するコイルを接続し、その都度ＶＳＷＲを測定するという作業を、ＶＳＷＲの測定でメインアンテナ１１が所望の周波数で共振することが確認されるまで繰り返して行う。この調整作業は、サブアンテナ１２を所定の抵抗値（例えば、５０Ω）を介して終端させるか、オープン或いはグランドにした状態で行う。なお、本実施の形態においては、サブアンテナ１２の整合回路であるサブ整合回路１４が、スイッチ部１５によりグランドに切り替え接続される構成であるので、上記調整作業は、サブアンテナ１２をグランドにした状態で行うのがより望ましい。

（２）次に、サブアンテナ１２において、所望の周波数（受信帯域寄り）で共振するように、ＶＳＷＲを測定しながらサブ整合回路１４が具備するコイルのインダクタンスを調整する。より具体的には、サブ整合回路１４を構成する２つのコイルとしてそれぞれ望ましいと思われるインダクタンスを有するコイルを接続し、その都度ＶＳＷＲを測定するという作業を、ＶＳＷＲの測定でサブアンテナ１２が所望の周波数で共振することが確認されるまで繰り返して行う。この調整作業は、メインアンテナ１１を所定の抵抗値（例えば、５０Ω）を介して終端させるか、オープンにした状態で行う。

（３）次に、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２との間のアイソレーションを確認する。両アンテナ間のアイソレーションは、少なくとも８ｄＢ以上であることが好ましい。アイソレーションが８ｄＢより低い場合は適切な複共振が起こらず、図４（ｃ）に示すようなアンテナ特性となってしまい、アンテナ性能を向上させることができない。
アイソレーションが低い場合は、サブ整合回路１４のインダクタンスＬ３の値を増加させて、すなわち、インダクタンスＬ３のコイルをよりインダクタンスの大きいコイルに変更して、サブアンテナ１２の共振周波数を低い方へと偏倚させる。

（４）次に、メインアンテナ１１のＶＳＷＲを再度確認し、サブアンテナ１２の共振による影響により、メインアンテナ１１の帯域幅が（１）のＶＳＷＲで確認した特性よりも受信帯域側に拡大したことを確認する。ここで、メインアンテナ１１の帯域幅の拡大が所望する値に未達の場合、サブアンテナ１２の共振特性（電磁結合の強度）を変化させ、所望する値に達するまで調整を行う。電磁結合を強くするには、インダクタンスＬ３の値を減少させて周波数を高くするか、或いはインダクタンスＬ４の値を増加させてサブアンテナ１２の共振周波数を広くすることで調整できる。また、両アンテナ間の相対距離を変更することで、電磁結合の強度を調整することとしてもよい。

（５）（３）〜（４）を繰り返し、両アンテナ間のアイソレーション及び電磁結合状態を確認しながら、サブ整合回路１４のインダクタンスＬ３及びインダクタンスＬ４の値を決定する。

（６）サブ整合回路１４のインダクタンスが決定した後、メインアンテナ１１のＶＳＷＲを測定し、共振周波数が低い場合にはインダクタンスＬ１の値を減少させ、高い場合にはインダクタンスＬ１の値を増加させる。ここで、ＶＳＷＲのバランス（ＶＳＷＲのピーク値を改善するか、ピークを犠牲にして帯域を改善するか）はインダクタンスＬ２の増減で調整する。そして、メインアンテナ１１のアンテナ利得と放射特性を測定し、所望のアンテナ特性を満たすことを確認する。

図１に戻り、スイッチ部１５は、ＧａＡｓ−ＭＭＩＣ（ガリウム砒素高周波モノリシックＩＣ）等で構成される高周波切替回路であって、後述する制御部２４による制御の下、送受信動作に応じてメインアンテナ１１及びサブアンテナ１２を介した信号の入出力経路を切り替える。

図５は、スイッチ部１５の内部構成を示した図である。
音声通話の受信時においては、制御部２４による制御の下、メイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６に接続された経路ＲＸ１に切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続をグランドに切り替える。こうしてサブアンテナ１２を無給電素子としてメインアンテナ１１と電磁結合させることで、上述のようにメインアンテナ１１の受信帯域を広げることができる。

また、ＷＥＢ閲覧や電子メール受信時などのデータ通信の電波信号の受信時においては、制御部２４による制御の下、メイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６に接続された経路ＲＸ１側へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続を第１サブ受信フィルタ２０に接続された経路ＲＸ２側へと切り替える。これによって、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２による電波信号の受信が共に可能な状態へと移行する。すなわち、両受信信号をダイバーシティ方式で処理することが可能な状態となる。

移動などにより電波強度が変動する場合、受信レベルの落ち込みは、両アンテナで受信された受信信号をダイバーシティ処理する受信方式よりも、複共振によって広帯域化したメインアンテナ１１のみで受信する受信方式の方が大きい。携帯通信端末においてデータの受信エラーが多発すると、送信側（基地局側）がデータの送信レートを落として送信するようになり、その結果として、データの通信速度が低下する。つまり、データの高速通信という観点からすると、複共振によってメインアンテナ１１を広帯域化する受信方式よりも、図４（ａ）に示す受信帯域幅の両アンテナを用いて受信信号をダイバーシティ処理する受信方式の方が有利である。

従って、画像データ等の大容量のデータを受信する機会が多い、ＷＥＢ閲覧や電子メール受信時などのデータ通信では、複共振によってメインアンテナ１１を広帯域化する受信方式よりも、両アンテナを用いて受信信号をダイバーシティ処理する受信方式の方が有効である。

また、ＧＰＳ電波信号の受信時においては、制御部２４による制御の下、メイン整合回路１３の接続をＧＰＳ受信フィルタ１７に接続された経路ＧＰＳ側へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続をグランドへと切り替え、メインアンテナ１１によるＧＰＳ電波信号の受信のみが可能な状態へと移行させる。

また、電波信号の送信時においては、制御部２４による制御の下、メイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６に接続された経路ＲＸ１側へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続をグランドへと切り替え、メインアンテナ１１による電波信号の送信が可能な状態へと移行させる。

なお、音声通話の受信時、ＧＰＳ電波信号の受信時及び電波信号の送信時においては、サブ整合回路１４をグランドに接続させることとしたが、これに限らず、例えば、所定の抵抗値（例えば、５０Ω）を介して終端させることとしてもよいし、内部回路から切り離したハイインピーダンス状態にさせることとしてもよい。サブ整合回路１４を所定の抵抗値（例えば、５０Ω）を介して終端させる構成にする場合は、メイン整合回路１３が具備するコイルのインダクタンスを調整する際に、サブアンテナ１２を所定の抵抗値（例えば、５０Ω）を介して終端させた状態で行うのが望ましい。また、サブ整合回路１４を内部回路から切り離したハイインピーダンス状態にさせる構成にする場合は、メイン整合回路１３が具備するコイルのインダクタンスを調整する際に、サブアンテナ１２をオープンにした状態で行うのが望ましい。

図１に戻り、デュプレクサ１６は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ（バンドパスフィルタ）等により構成され、所定の通信方式における送信信号と受信信号との分離を行う。具体的に、デュプレクサ１６は、メインアンテナ１１により受信された８３２〜８７０ＭＨｚの受信信号を、経路ＲＸ３を介してメイン受信回路１８へと出力する。また、デュプレクサ１６は、経路ＴＸを介して送信回路２５から出力された８８７〜９２５ＭＨｚの送信信号を、経路ＲＸ１を介してメインアンテナ１１へと出力する。

ＧＰＳ受信フィルタ１７は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ等により構成され、メインアンテナ１１を介して受信されたＧＰＳ電波信号の受信帯域外信号を遮断し、当該ＧＰＳ受信フィルタ１７を通過した１５７５．４２ＭＨｚのＧＰＳ受信信号をメイン受信回路１８へと出力する。

メイン受信回路１８は、低雑音増幅器（不図示）、メイン受信フィルタ１９、検波回路（不図示）等から構成され、デュプレクサ１６から入力される受信信号に所定の信号処理を施した後、制御部２４へと出力する。ここで、メイン受信フィルタ１９は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ等により構成され、低雑音増幅器による増幅後の受信信号を検波回路により復調する前に、再度受信帯域外信号の遮断を行うためのものである。

また、メイン受信回路１８は、ＧＰＳ受信フィルタ１７から入力されるＧＰＳ受信信号に所定の信号処理を施した後、制御部２４へと出力する。なお、ＧＰＳ受信信号に対しても、デュプレクサ１６から入力された受信信号と同様、メイン受信フィルタ１９より受信帯域外信号の遮断が行われるものとする。

第１サブ受信フィルタ２０は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ等により構成され、サブアンテナ１２を介して受信された受信信号の受信帯域外信号を遮断し、当該第１サブ受信フィルタ２０を通過した８３２〜８７０ＭＨｚの受信信号をサブ受信回路２１へと出力する。

サブ受信回路２１は、低雑音増幅器（不図示）、第２サブ受信フィルタ２２、検波回路（不図示）等から構成され、第１サブ受信フィルタ２０から入力される受信信号に所定の信号処理を施した後、制御部２４へと出力する。ここで、第２サブ受信フィルタ２２は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ等により構成され、低雑音増幅器による増幅後の受信信号を検波回路により復調する前に、再度受信帯域外信号の遮断を行うためのものである。

発信器２３は、水晶発振器等で構成され、携帯通信端末１００が備える各部の同期信号の基準となる所定の周波数（例えば、１９．２ＭＨｚ）をメイン受信回路１８、サブ受信回路２１及び送信回路２５に発信する。

制御部２４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成され、後述する記憶部３６に記憶された所定のプログラムとの協働により、携帯通信端末１００の各部を統括的に制御する。

具体的には、制御部２４は、受信電波が音声通話であるか又はデータ通信であるかを判別し、判別結果に基づきスイッチ部１５を制御する。音声通話時は複共振によってメインアンテナ１１を広帯域化し、データ通信時は両アンテナを用いて各受信信号をダイバーシティ処理する。

音声通話時においては、制御部２４は、メイン受信回路１８から入力される受信信号を復調する。そして、復調して得られたデータ信号を端末機能部３０の受話部３３又はオーディオＩＣ４０へと出力する。

データ通信時においては、制御部２４は、メイン受信回路１８及びサブ受信回路２１から入力される両受信信号をダイバーシティ方式で処理する。この処理された受信信号を復調して得られたデータ信号を端末機能部３０のオーディオＩＣ４０、メイン表示部３７又はサブ表示部３８へと出力する。ここで用いられるダイバーシティ方式は、両受信信号のうち受信レベルの大なる受信信号を選択する方式（選択ダイバーシティ方式）を用いることとしてもよいし、両受信信号を同相合成する方式（合成ダイバーシティ方式）を用いることとしてもよい。

また、制御部２４は、メイン受信回路１８から入力されるＧＰＳ受信信号に基づいて、自己の携帯通信端末１００の位置を計測する。そして、計測した位置情報を示す画像データ、文字データ等をメイン表示部３７又はサブ表示部３８に表示させる。

また、制御部２４は、利用者による通話や電子メール等のデータ送信時において、後述する集音部３４から入力される音声信号又は操作部３５から入力されたデータ信号を所定の圧縮符号化形式に変換し、この変換されたデータを送信信号として送信回路２５へと出力する。

送信回路２５は、変調器（不図示）等から構成され、制御部２４から入力される送信信号に所定の信号処理を施した後、送信フィルタ２６へと出力する。

送信フィルタ２６は、誘電体共振器で構成されるＢＰＦ等により構成され、送信回路２５から入力された送信信号の送信帯域外信号を遮断し、当該送信フィルタ２６を通過した８８７〜９２５ＭＨｚの送信信号をパワーアンプ２７へと出力する。

パワーアンプ２７は、増幅回路等により構成され、送信フィルタ２６から入力された送信信号の増幅を行う。

パワー検出器２８は、送信時の送信パワーが一定となるよう制御するために、送信信号の出力の値を検出する。

アイソレータ２９は、パワーアンプ２７から入力された送信信号の流れをデュプレクサ１６方向へと制御し、デュプレクサ１６から入力されるノイズ等の信号を遮断する。また、パワー検出器２８の出力側インピーダンスの変動を抑え安定化させる。

次に、携帯通信端末１００の端末機能部３０について説明する。
図１に示すとおり、端末機能部３０は、電源ＩＣ３１、電源３２、受話部３３，集音部３４、操作部３５、記憶部３６、メイン表示部３７、サブ表示部３８、撮像部３９、オーディオＩＣ４０、スピーカ４１等から構成される。

電源ＩＣ３１は、ＡＣアダプタや充電池等の電源３２から供給される駆動電力を、制御部２４から入力される指示に基づいて、携帯通信端末１００の各部へ供給する。

受話部３３は、通話時におけるユーザの耳部周辺に対応する位置に設けられたスピーカ等の音声出力器であって、制御部２４から入力される音声信号の出力を行う。

集音部３４は、通話時におけるユーザの口部周辺に対応する位置に設けられたマイクロフォン等の集音器であって、集音部３４で集音される送話音声を音声信号として制御部２４に出力する。

操作部３５は、各種文字を入力するための文字入力キーや各種機能キー等により構成され、ユーザにより押下された各キーからの押下信号を、制御部２４に出力する。

記憶部３６は、プログラムやデータ等が予め記録されている記録媒体（図示せず）を有しており、この記録媒体はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリ等の半導体メモリ、若しくは磁気的記録媒体で構成されている。この記録媒体は、記憶部３６に固定的に設けられるもの、若しくは着脱自在に装着するものであり、この記録媒体には、各種処理プログラム、及び各種処理プログラムで処理されたデータ等を記録する。また、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納される。制御部２４は、このプログラムとの協働により、外部の情報端末との通話やインターネット等を介したデータ通信を行なう。

メイン表示部３７は、携帯通信端末１００の正面側（操作部３５が配置された側）に設けられたＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬＤ（Electro Luminescence Display）等の表示器であって、制御部２４から入力される表示信号の指示に従って、メイン表示部３７上に各種画像を表示する。

サブ表示部３８は、携帯通信端末１００の背面側に設けられたＬＣＤやＥＣＤ等の表示器であって、制御部２４から入力される表示信号の指示に従って、サブ表示部３８上に各種画像を表示する。

撮像部３９は、ガラスやプラスチック等からなる光学レンズと、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を平面上に多数配設した撮像画素面等から構成されている。撮像部３９は、制御部２４から撮影を行う指示が入力されると、光学レンズを介して入力され撮像画素面上に結像された被写体像を電気信号に変換して画像データを生成し、制御部２４へ出力する。

オーディオＩＣ４０は、アンプ、ＬＰＦ（Low Pass Filter）等から構成され、制御部２４から入力される音声信号に所定の信号処理を施した後、この音声信号を携帯通信端末１００に内蔵されたスピーカ４１、或いは不図示の音声出力端子を介して接続されるヘッドフォン等の外部音声出力装置に出力させる。

次に、上述した携帯通信端末１００の構成において、外部機器から送信された電波信号の受信が行われる際の動作を説明する。
制御部２４は、音声通話の受信信号の受信を検出すると、スイッチ部１５を制御して接続を切り替える。即ち、図５に示すメイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６へと至る経路ＲＸ１へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続をグランドに切り替える。このようにして、複共振により受信帯域が広がったメインアンテナ１１による電波信号の受信が可能な状態へと切り替える。

上記状態において、外部機器から送信された音声通話の電波信号が、図４（ｂ）に示す受信帯域幅を有したメインアンテナ１１により受信される。ここで、メインアンテナ１１により受信された受信信号は、経路ＲＸ１及び経路ＲＸ３を経てメイン受信回路１８に入力され、所定の信号処理が施された後、制御部２４へと出力される。

制御部２４は、メイン受信回路１８から入力された受信信号を復調する。復調して得られた音声信号を受話部３３又はオーディオＩＣ４０へと出力することで、外部機器から送信された電波信号を受信する。

また、制御部２４は、データ通信の受信信号の受信を検出すると、スイッチ部１５を制御して接続を切り替える。即ち、図５に示すメイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６へと至る経路ＲＸ１へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続を第１サブ受信フィルタ２０へと至る経路ＲＸ２へと切り替える。このようにして、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２による電波信号の受信が共に可能な状態へと切り替える。

上記状態において、外部機器から送信されたデータ通信の電波信号が、図４（ａ）に示す受信帯域幅を有したメインアンテナ１１及びサブアンテナ１２により受信される。ここで、メインアンテナ１１により受信された受信信号は、経路ＲＸ１及び経路ＲＸ３を経てメイン受信回路１８に入力され、所定の信号処理が施された後、制御部２４へと出力される。また、サブアンテナ１２により受信信号は、経路ＲＸ２を経てサブ受信回路２１に入力され、所定の信号処理が施された後、制御部２４へと出力される。

制御部２４は、メイン受信回路１８及びサブ受信回路２１から入力された受信信号をダイバーシティ方式で処理し、この処理された受信信号を復調して得られたデータ信号をオーディオＩＣ４０、メイン表示部３７又はサブ表示部３８へと出力することで、外部機器から送信された電波信号を受信する。

以上のように、本実施の形態によれば、送受信用のメインアンテナ１１と共同してダイバーシティ受信を行うためのサブアンテナ１２を無給電素子として機能させることができるようにするとともに、メインアンテナ１１とサブアンテナ１２とを電磁結合により複共振が生じ得るように所定距離隔てて配置したので、サブアンテナ１２を無給電素子として機能させて複共振を生じさせることにより、メインアンテナ１１の送受信可能な周波数帯域を拡大することができる。また、データ通信時には、サブアンテナ１２を本来のアンテナとして機能させることにより、電波信号をダイバーシティ方式で受信処理することができる。

上記実施の形態における記述は、本発明の無線通信端末の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。上記実施の形態における無線通信端末の細部構成及び詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、本発明を携帯通信端末（携帯電話端末）に適用した場合を例示したが、これに限らず、本発明は、無線通信機能付きのＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等、外部との電波信号による無線通信を行うことが可能な電子機器に適用することが可能であり、また無線カードや無線モジュール、無線モデムのように、他の電子機器に接続して使用するタイプの無線通信端末にも適用することが可能である。このタイプの無線通信端末は、本実施の形態における送受信部１０と略同一の回路構成を備え、ダイバーシティ処理した受信信号等の電子機器への出力や電子機器からの信号入力はコネクタを介して行う構成となっている。

また、上記実施の形態では、メインアンテナ１１が電波信号の送受信を行い、サブアンテナ１２が電波信号の受信を行う態様としたが、これに限らず、メインアンテナ１１及びサブアンテナ１２の両方が電波信号の送受信を行う態様としてもよい。

また、上記実施の形態では、受信電波が音声通話であるか或いはデータ通信であるかを判別し、その判別結果に基づいてスイッチ部１５を制御する態様としたが、携帯通信端末の通信モードを判別し、その判別結果に基づいてスイッチ部１５を制御する態様としてもよい。この場合、例えば、携帯通信端末における通信モード判別を、まず最初に、通信モードが音声通話モードであるか或いはデータ通信モードであるかを判別し、その判別結果がデータ通信モードであった場合には、更に、データ送信モードであるか或いはデータ受信モードであるかを判別する構成にする。そして、携帯通信端末の通信モードが音声通話モード或いはデータ送信モードであった場合には、メイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６へと至る経路ＲＸ１へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続をグランドに切り替え、携帯通信端末の通信モードがデータ受信モードであった場合には、メイン整合回路１３の接続をデュプレクサ１６へと至る経路ＲＸ１へと切り替えるとともに、サブ整合回路１４の接続を第１サブ受信フィルタ２０へと至る経路ＲＸ２へと切り替えるようにすればよい。

無線通信端末の内部構成を示したブロック図である。 携帯通信端末の電子基板に実装された、メインアンテナ及びサブアンテナの一例を示す図である。 メインアンテナ、サブアンテナ、メイン整合回路、サブ整合回路の構成を示した図である。 メインアンテナ及びサブアンテナのアンテナ特性を示した図である。 スイッチ部の内部構成を示した図である。

符号の説明

１００ 携帯通信端末
１０ 送受信部
１１ メインアンテナ
１１ａ 誘電体チップアンテ
１１ｂ 付加導体（補助アンテナエレメント）
１２ サブアンテナ
１３ メイン整合回路
１４ サブ整合回路
１５ スイッチ部
１６ デュプレクサ
１７ ＧＰＳ受信フィルタ
１８ メイン受信回路
１９ メイン受信フィルタ
２０ 第１サブ受信フィルタ
２１ サブ受信回路
２２ 第２サブ受信フィルタ
２３ 発信器
２４ 制御部
２５ 送信回路
２６ 送信フィルタ
２７ パワーアンプ
２８ パワー検出器
２９ アイソレータ
３０ 端末機能部
３１ 電源ＩＣ
３２ 電源
３３ 受話部
３４ 集音部
３５ 操作部
３６ 記憶部
３７ メイン表示部
３８ サブ表示部
３９ 撮像部
４０ オーディオＩＣ
４１ スピーカ

Claims (9)

1. 送受信用のメインアンテナと、前記メインアンテナと共同してダイバーシティ受信を行うためのサブアンテナとを備えたアンテナ装置において、
   前記サブアンテナをアンテナとして機能させるか、或いは無給電素子として機能させるかを切り替える切替手段を設けるとともに、
   前記メインアンテナとサブアンテナとを、電磁結合により複共振が生じ得るように、所定距離隔てて配置し、
   前記メインアンテナ及びサブアンテナには、それぞれ、両アンテナ子間の電磁結合の強度が適正値となるように調整された整合回路が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記切替手段は、前記サブアンテナを受信回路に接続するか、或いは直接又は所定値の抵抗を介してグランドに接続するかを切り替える手段であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記複共振は２つの共振周波数を有し、
   第１の共振周波数は、送信帯域側に優先的に設定され、
   第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数を基にして受信帯域側に設定されていることを特徴とする請求項１乃至２の何れか一項に記載のアンテナ装置。
4. 前記メインアンテナ及びサブアンテナは、それぞれ、誘電体チップアンテナ、メアンダラインアンテナ、プリント基板に形成したモノポールタイプのパターンアンテナ、又はこれらの組み合わせから構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記メインアンテナは、プリント基板に実装された誘電体チップアンテナと、前記プリント基板の配線用金属層のパターニングによりに形成され、且つ前記誘電体チップアンテナの開放端に接続された補助アンテナエレメントとで構成されており、
   前記補助アンテナエレメントの開放端とサブアンテナの開放端とが所定距離隔てられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
6. 請求項１に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置で受信した電波信号を処理する受信信号処理手段と、
   前記受信信号処理手段で処理された信号を出力する出力手段と、
   前記アンテナ装置から電波信号を送信させる送信手段と
   を備える特徴とする無線通信端末。
7. 前記受信信号処理手段は、前記アンテナ装置のサブアンテナが無給電素子として機能しているときには、前記アンテナ装置のメインアンテナで受信された信号を処理し、前記サブアンテナがアンテナとして機能しているときには、前記メインアンテナで受信された信号と前記サブアンテナで受信された信号とをダイバーシティ方式で処理することを特徴とする請求項６に記載の無線通信端末。
8. 前記アンテナ装置の切替手段は、受信する電波信号の種別に応じてサブアンテナの接続の切り替えを行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の無線通信端末。
9. 前記アンテナ装置の切替手段は、通信モードに応じてサブアンテナの接続の切り替えを行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の無線通信端末。

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