JP4956412B2

JP4956412B2 - アンテナ装置および無線通信装置

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Publication number: JP4956412B2
Application number: JP2007336557A
Authority: JP
Inventors: 尾真貴西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-12-27
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Description

本発明は、アンテナ装置および無線通信装置に関する。

低歪・低損失の利点から、チューナブルアンテナ用の可変キャパシタとしてＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)キャパシタの適用が検討されている。また、並列接続した複数のＭＥＭＳキャパシタのオン／オフ（ON/OFF）を切り替え、オン／オフの組み合わせにより容量値を変化させるＭＥＭＳバンクの適用も検討されている。

しかし、ＭＥＭＳキャパシタは機械部品であり、オン／オフ動作を繰り返すうちに電極間が張り付き、オン状態のまま動かなくなるスティクションが起きるというＭＥＭＳ素子特有の問題がある。動かなくなった素子の代わりに予備のＭＥＭＳキャパシタをあらかじめ用意しておく方法も考えられるが、動かなくなったＭＥＭＳキャパシタの容量が付加される為に、容量の最低値が上昇する。この結果、周波数が低周波側にシフトし、所望の高い周波数が実現できなくなってしまう。
Gabriel M. Rebeiz"RF ＭＥＭＳ THEORY, DESIGN, AND TECHNOLOGY"

本発明は、可変キャパシタが故障した際にもチューナブルアンテナ動作を補償することを可能としたアンテナ装置および無線通信装置を提供する。

本発明の一態様としての無線通信装置は、
導体地板と、
放射素子を有するアンテナと、
一端が前記導体地板に接続された１つ以上の可変キャパシタと、
一端が前記１つ以上の可変キャパシタの他端に接続され、他端が前記アンテナ素子の異なる位置で接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数のスイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御部と、
前記１つ以上の可変キャパシタの容量を制御するキャパシタ制御部と、
を備える。

本発明の一態様としての無線通信装置は、
前記アンテナ装置と、
前記アンテナ装置を介して無線通信を行う無線処理部と、
を備える。

本発明により、可変キャパシタが故障した際にもチューナブルアンテナ動作を補償することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。

このアンテナ装置は、導体地板１と、アンテナ素子（放射素子を有するアンテナ）１０２と、アンテナ素子１０２に給電する給電点Ｐと、一端が導体地板１に接続されたＭＥＭＳキャパシタ（可変キャパシタ）１０７と、一端がＭＥＭＳキャパシタ１０７の他端に接続され、他端がアンテナ素子の相異なる位置（図中左からＡ、Ｂ、Ｃとする）に接続された複数のスイッチ素子（以下単にスイッチと称する）１０４Ａ〜１０４Ｃと、複数のスイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃのオン・オフを制御するスイッチ制御部１０５と、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の容量を制御するＭＥＭＳ制御部（キャパシタ制御部）１０８と、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の動作状態を判定するＭＥＭＳ動作判定部１０９と、動作設定テーブル１１０とを備える。

アンテナ素子１０２はＬ字のモノポールアンテナ素子であり、一端が給電点Ｐを介して導体地板１に接続され、他端は開放されている。

スイッチ制御部１０５は、複数のスイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃのオン・オフをそれぞれ独立に制御する。本実施形態ではいずれか１つのみをオンにし、残りの２つはオフにするものとする。ただし、本発明はこれに限定されず、２つ以上が同時にオンされる場合も含んでよい。

ＭＥＭＳキャパシタ１０７は可変キャパシタの一例であり、複数段階の容量に設定可能である。本実施形態では２段階の容量に設定可能である。２段階の容量は、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の電極間が接触したときの容量（オン状態の容量）と、電極間が所定の距離だけ離間したときの容量（オフ状態の容量）である。ＭＥＭＳキャパシタ１０７は、機械部品であり、オン・オフ動作を繰り返すうちに、オン状態またはオフ状態で、故障することもあり得る。故障したＭＥＭＳキャパシタは、電極の移動が不能になり、この結果、オン状態およびオフ状態のいずれかに固定される。なお、ＭＥＭＳ素子の故障検出方法は、よく知られており、たとえば特開2006-032587号公報には、ＭＥＭＳキャパシタのスティクション発生の判別法が記載されている。この公報には、電荷蓄積量もしくはＭＥＭＳキャパシタがオフとなるプルアウト電圧をモニタする方法等が挙げられる。

ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の動作状態を検査し、ＭＥＭＳキャパシタ１０７に故障が生じているか否かを判定する。故障が生じているときは、さらに、ＭＥＭＳキャパシタ１０７がオン状態およびオフ状態にあるかを検出する。ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、可変キャパシタの故障を検出するキャパシタ故障検出部と、故障した可変キャパシタの容量段階を検出する容量段階検出部とを含む。ＭＥＭＳ動作判定部１０９は動作判定の結果（故障の有無と、故障のときは容量）をスイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８に通知する。

動作設定テーブル１１０は、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の容量段階と、複数のスイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃのオン・オフとの組み合わせ毎に、アンテナ素子１０２の動作周波数を保持する。動作設定テーブル１１０の一例を図２に示す。複数のスイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃの設定としては、いずれか１つがオンになり残りがオフになるようになっている。たとえばＭＥＭＳキャパシタ１０７がオンで、スイッチ１０４Ａがオン、スイッチ１０４Ｂ、１０４Ｃがオフのとき、アンテナ素子１０２の動作周波数（共振周波数）はＦ３である。動作周波数Ｆ３、Ｆ２は、ＭＥＭＳキャパシタ１０７がオンおよびオフのいずれの場合にも実現可能である。

ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５には外部（たとえば無線部）からアンテナ素子１０２の所望の動作周波数を示す値が入力される。すなわちＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５は、外部（たとえば無線部）から所望の動作周波数の入力を受け付ける動作周波数受付部を含む。ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５は、動作周波数受付部によって受け付けられた所望の動作周波数をアンテナ素子がもつように、ＭＥＭＳキャパシタの容量およびスイッチのオン・オフを制御する。

より詳細には、ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５は、動作設定テーブル１１０を参照し、所望の動作周波数をもつ設定（組み合わせ）を選択する。ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５は、動作設定テーブル１１０を参照するテーブル参照部を備える。所望の動作周波数をもつ設定が複数存在するときは、アンテナ素子１０４の先端（開放端）にできるだけ近いスイッチがオンになる設定を選択する。この理由は、アンテナ素子１０４の先端に近いスイッチを選択するほど、高いアンテナ効率が得られるからである。詳細は後述する。スイッチ１０４Ａがアンテナ素子１０４の先端に最も近く、スイッチ１０４Ｂ、１０４Ｃの順に先端から遠くなる。

たとえば、所望の動作周波数としてＦ２が与えられた場合、ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５は動作設定テーブル１１０を参照し、Ｆ２が得られる設定を探すと、２通り存在する。この場合、スイッチ１０４Ｂをオンにする場合と、スイッチ１０４Ｃをオンにする場合の２つが存在する。スイッチ１０４Ｂの方がアンテナ素子１０２の先端に近いため、スイッチ１０４Ｂをオンにする設定を選択する。

ただし、ＭＥＭＳ動作判定部１０９からＭＥＭＳキャパシタ１０７の故障を通知された場合は、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の状態を考慮して選択を行う。たとえば、ＭＥＭＳキャパシタ１０７が故障によりオン状態に固定されている場合は、ＭＥＭＳ制御部１０８およびスイッチ制御部１０５が、動作設定テーブル１１０においてＭＥＭＳキャパシタがオン状態の行から、所望の動作周波数を実現可能な設定を選択する。所望の動作周波数がＦ２の場合、スイッチ１０４Ｃをオンにしスイッチ１０４Ａ、１０４Ｂをオフにする設定を選択する。なお、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の故障を通知された場合、ＭＥＭＳ制御部１０８は動作を停止する。

ここで、アンテナ素子の先端に近いスイッチを選択する（オンにする）ほど、高いアンテナ効率が得られる理由について、図３を用いて、説明する。

図３は、長さ１１０ｍｍ×６５ｍｍのサイズの導体基板２０１の短辺に、給電点Ｐから開放端までの長さが１２８ｍｍの逆Fアンテナ素子２０２を設けたアンテナ装置を示す。ＭＥＭＳキャパシタ（可変キャパシタ）２０３の持つ直列抵抗成分を4.23Ωとし、逆Fアンテナ素子２０２と導体地板２０１とをＭＥＭＳキャパシタ２０３により短絡する。アンテナ素子２０２とＭＥＭＳキャパシタ２０３との接続位置を、アンテナ先端から５ｍｍ、２５ｍｍ、４５ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍと変化させた際の、放射効率と電力透過係数とを合わせた、アンテナの総効率を計算した結果を図４に示す。各接続位置に対応したＭＥＭＳキャパシタの容量値は、それぞれ０．８ｐF、０．９ｐF、１．２ｐF、１．４ｐF、２．０ｐFである。図４よりアンテナ素子の先端に近い接続位置ほど、高い効率が得られることが理解される。つまり、アンテナ素子の先端に近いほど、必要な容量値は小さく、また容量値が小さいほど損失が見えにくいため、接続位置をアンテナ素子の先端にするほど、高いアンテナ効率が得られる。

上述したように、図１のアンテナ装置では、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の容量、ならびにアンテナ素子１０２とＭＥＭＳキャパシタ１０７との接続位置を変えることで（すなわちスイッチのオン・オフを変えることで）、アンテナの動作周波数を可変であるが、以下、このことについてさらに詳しく説明する。説明を簡単にするため、ＭＥＭＳキャパシタ１０７の代わりに、固定の容量をもったキャパシタを用いたアンテナ装置の例を図５に示す。スイッチテーブル１０６には、スイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃのオン・オフと、動作周波数との関係が設定されている。スイッチ制御部１１５には、所望の動作周波数を表す値が入力され、この値を実現する設定内容をスイッチテーブル１０６から取得し、スイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃのオン・オフを制御する。

図６（Ａ）は図５のアンテナ装置においてスイッチ１０４Ａを選択したときの模式構成と、このときの周波数−ＶＳＷＲ特性を示す。同様に、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）はスイッチ１０４Ｂ、スイッチ１０４Ｃを選択したときの模式構成と、そのときの周波数−ＶＳＷＲ特性を示す。

モノポール型のアンテナ素子では、共振状態で定在波が発生している時、電圧振幅は、アンテナ素子の先端で大きく、このため、アンテナ素子に接続するキャパシタの影響は、アンテナ素子の先端に接続するほど、大きくなる。したがって、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）からも理解されるように、アンテナ素子の先端近くにキャパシタを接続するほど、アンテナ素子の動作周波数は低周波側にシフトする。

なお、アンテナ素子にキャパシタを接続しないとき、アンテナ素子の動作周波数は、図６（Ｃ）よりもさらに高周波側にシフトする。また、複数のスイッチをオンにしたときは（キャパシタの接続先を複数とった場合は）、給電点に近い側の接続位置に応じた動作周波数が得られることが本発明者らによるシミュレーションにより確認されている。

このように、アンテナ素子とキャパシタとの接続位置を切り替えることで、アンテナ素子の動作周波数を可変にできる。そして、図１のように、キャパシタとしてＭＥＭＳキャパシタ１０７を用いることで、可変キャパシタの可変可能な段数に応じて、より多くの動作周波数の設定が可能となる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。

図１のアンテナ装置ではＭＥＭＳキャパシタの個数は１つであったが、図７のアンテナ装置では、３つのＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃが備えられている。各ＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃの一端は導体地板１に接続され、他端はそれぞれがスイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃの一端に接続されている。複数のＭＥＭＳキャパシタのオン・オフを組み合わせることで、容量値が可変のデジタル可変キャパシタが実現されている。図１よりもＭＥＭＳキャパシタの個数が増えているため、それに応じて動作設定テーブル１１０も細かく設定されている。動作設定テーブル１２０の一例を図８に示す。

図８において、Ａ、Ｂ、Ｃは、アンテナ素子とＭＥＭＳキャパシタ群との接続位置を示す。より詳細には、Ａはスイッチ１０４Ａをオンにしスイッチ１０４Ｂ、１０４Ｃをオフ、Ｂはスイッチ１０４Ｂをオンにしスイッチ１０４Ａ、１０４Ｃをオフ、Ｃはスイッチ１０４Ｃをオンにしスイッチ１０４Ａ、１０４Ｂをオフにすることを示す。

各ＭＥＭＳキャパシタのオン・オフと、各スイッチのオン・オフとの組み合わせることで、図１のアンテナ装置よりも多くの動作周波数を実現可能であるとともに、同一の動作周波数を実現する設定を多数得ることが可能となる。例えば動作周波数Ｆ４でアンテナ素子を動作させたい場合、(接続位置A、１０７A=ON、１０７B=OFF、１０７C=OFF)、(接続位置B、１０７A=OFF、１０７B=ON、１０７C=OFF)、(接続位置C、１０７A=ON、１０７B=ON、１０７C=OFF)の３つの組合せが存在する。なお、ＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃのオン状態時の容量をCa、Cb、Ccとすると、Ca<Cb<Ccの関係があるとする。

図９は、図７のアンテナ装置において、ＭＥＭＳ制御部１０８、スイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ動作判定部１０９の動作を説明するフローチャートである。

まず、ＭＥＭＳ動作判定部１０９が、ＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃに動作不良（故障）が発生しているか否かを確認する（Ｓ１）。

動作不良が発生していない場合（Ｓ２のNO）、所望の動作周波数に基づき、スイッチ制御部１０５は、最もアンテナ素子１０２の先端に近い接続位置を選択し（Ｓ３）、ＭＥＭＳ制御部１０８は、この接続位置に対応した各ＭＥＭＳキャパシタのオン・オフの組合せ（合計容量）を選択する（Ｓ４）。

スイッチ制御部１０５は、選択した接続位置に対応するスイッチをオンにし、残りのスイッチをオフにする（Ｓ５）。またＭＥＭＳ制御部１０８は、選択した組み合わせに基づいて、ＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃのオン・オフを切り替える（Ｓ５）。

一方、ＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃの少なくともいずれかに、動作不良が発生した場合（Ｓ２のYES）、ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、故障したＭＥＭＳキャパシタがオンおよびオフのいずれの状態に固定されているかを検出する。ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、故障したＭＥＭＳキャパシタを特定する情報と、故障したＭＥＭＳキャパシタの状態（オンorオフ）を、スイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８に通知する。

スイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８は、故障したＭＥＭＳキャパシタの状態を前提として、故障したＭＥＭＳキャパシタ以外のＭＥＭＳキャパシタと、各スイッチとの間で、所望の動作周波数を実現可能な組み合わせを確認する（Ｓ６）。そして、実現可能な組合せの内、最もアンテナ素子の先端のスイッチをオンにする組合せを選択する（Ｓ７）。

そして、スイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８は、選択した組み合わせにしたがって、スイッチ１０４Ａ〜１０４Ｃ及びＭＥＭＳキャパシタ（故障したものを除く）のオン・オフを制御する。

このようにして、所望の動作周波数において、できるだけ高いアンテナ効率を維持して、ＭＥＭＳキャパシタの動作不良を補償できる。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。

このアンテナ装置は、第２の実施形態のアンテナ装置（図７参照）におけるスイッチ１０４Ａ〜１０４ＣをＭＥＭＳスイッチ１１４Ａ〜１１４Ｃに置換したことを特徴とする。

ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、ＭＥＭＳスイッチ１１４Ａ〜１１４Ｃの動作状態を判定し、故障が生じているか否かを判定する。さらに、故障が生じているときは、ＭＥＭＳスイッチ１１４Ａ〜１１４Ｃがオンおよびオフのいずれに固定されているかを検出する。ＭＥＭＳ動作判定部１０９は、スイッチの故障を検出するスイッチ故障検出部と、故障したスイッチのオン・オフ状態を検出するスイッチ状態検出部とを含む。ＭＥＭＳ動作判定部１０９はスイッチの動作判定の結果をスイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８に通知する。

スイッチ制御部１０５およびＭＥＭＳ制御部１０８は、第２の実施形態で説明した動作に加えて、各ＭＥＭＳスイッチの状態を考慮して、動作設定テーブル１１０に基づく選択を行う。動作設定テーブル１１０の内容は図８に示したものと同一であるとする。たとえばあるＭＥＭＳスイッチがオフ状態のまま故障した場合は、故障したＭＥＭＳスイッチをオンにしない組み合わせの中から選択を行う。逆に、あるＭＥＭＳスイッチがオン状態のまま故障した場合、故障したＭＥＭＳスイッチをオンにする組み合わせの中から所望の動作周波数をもつ組み合わせを選択する。もし所望の動作周波数をもつ組み合わせが存在しないときは、そのＭＥＭＳスイッチよりもアンテナの給電点に近いスイッチをオンにする組み合わせの中から所望の動作周波数をもつ組み合わせを選択する。これは、図６を用いて説明したように、複数のスイッチをオンにした場合、給電点に近いスイッチをオンにしたときの動作周波数が得られるためである。すなわち、故障したＭＥＭＳスイッチよりアンテナの先端側のＭＥＭＳスイッチをオンにしても、得られる特性はほとんど変わらない。

図１１（Ａ）は、図１のアンテナ装置の変形例、図１１（Ｂ）は図７のアンテナ装置の変形例を示す。図１および図７のアンテナ素子はＬ字形状を有していたが、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）のアンテナ素子２１２はメアンダ形状を有している。図１０のアンテナ装置におけるアンテナ素子をメアンダ形状にしてもよい。アンテナ素子をメアンダ形状とすることにより、各スイッチの配置間隔を変えることなく、アンテナ素子上の接続位置の間隔を大きく設定でき、これにより大きな周波数変化が可能な構成を容易に実現できる。

図１２は、図７のアンテナ装置の変形例を示す。この変形例は、アンテナ素子２２２が板形状を有していることを特徴とする。アンテナ素子を板形状に構成することにより、広帯域化が可能となる。図１０のアンテナ素子を板形状に構成してもよい。

図１３は、図７のアンテナ装置の変形例を示す。図７に示したアンテナ素子はモノポール型であったが、本変形例のアンテナ素子２３２のように、ダイポール型を有していてもよい。給電点Ｐの両側における各放射素子に対して、それぞれスイッチ１０４Ａ〜１０４ＣおよびＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃを設けている。アンテナ素子をダイポール型とすることで、ノイズに強い・所望の指向性が得やすい等の利点がある。図１０のアンテナ素子をダイポール型としてもよい。

図１４は、図７に示すアンテナ装置の変形例を示す。図１４のアンテナ素子は、折り返しダイポール型を有している。図１０のアンテナ素子を折り返しダイポール型としてもよい。導体地板１０１と、導体板２４１が放射素子として機能する。導体地板１０１と導体板２４１とは向かい合い、導体地板１０１と導体板２４１の間に、スイッチ１０４Ａ〜１０４ＣとＭＥＭＳキャパシタ１０７Ａ〜１０７Ｃとが介在している。このようにすることで、ノイズに強い・所望の指向性が得やすい・小型化等の利点がある。図１４のアンテナ装置をたとえば折り畳み型の携帯電話に適用する場合、折り畳まれたとき図示のように導体地板１０１と導体板２４１とが向かい合い状態にすることで、折り畳み状態で、上記利点をもった通信を行うことが可能となる。導体地板１０１と導体板２４１とが略同一平面に位置するように携帯電話を広げたときは導体地板１０１および導体板２４１を放射素子とする通常の板状ダイポールアンテナによる通信を行うようにしてもよい。

図１５は、図１４のアンテナ装置の変形例を示す。図１４のアンテナ装置ではアンテナ素子の中心に給電点Ｐが位置していたが、図１５のアンテナ素子では、給電点を中心からオフセットさせている、このようにすることで、設計の自由度が増す、または多共振化による広帯域化がしやすい等の利点が得られる。２５１は導体地板、２５２は導体板、２５３は線状素子、２５４は接続素子であり、これらの要素２５１〜２５４によってアンテナ素子（略１／２波長）が形成される。

図１６は、図７に示すアンテナ装置の変形例を示す。この変形例は、図７のアンテナ素子を無給電素子２６１としたものであり、給電素子２６２から所定距離だけ離隔して、配置されている。このようにアンテナ素子として無給電素子を用いることで、給電素子２６１の設計の自由度が増す・多共振化による広帯域化がしやすい等の利点がある。図１０に示すアンテナ装置のアンテナ素子を、無給電素子にすることも可能である。

図１７は、図１３に示すアンテナ装置の変形例を示す。この変形例は、図１３のアンテナ素子（ダイポールアンテナ素子）を無給電素子としたものであり、給電素子２６２から所定距離だけ離隔して配置している。このようにすることで、給電素子２６２の設計の自由度が増す・多共振化による広帯域化がしやすい・所望の指向性が得やすい等の利点を得ることができる。

図１８は、図１１（Ｂ）のアンテナ装置を実装した無線通信端末の概略構成を示す。

無線通信端末のPCB(Printed Circuit Board)基板２２０上にメアンダ形状のアンテナ素子２１２が設置され、アンテナ素子２１２が設置された領域と異なる領域に導体地板１０１が形成されている。無線処理部２２５は送信データに対し変調、周波数変換、増幅等の無線処理することにより無線周波数信号を生成し、生成した無線周波数信号を給電線路２２４を介して、アンテナ素子２１２の給電点Ｐに与える。モジュール２２１は、スイッチ１０４A〜１０４CおよびＭＥＭＳキャパシタ１０７A〜１０７C等を含んでいる。モジュール２２１は、スイッチ１０４A〜１０４Cを介して、メアンダ形状のアンテナ素子２１２に３箇所で接続され、また、ＭＥＭＳキャパシタ１０７A〜１０７Ｃを介して、導体地板１０１に接続されている。モジュール２２１には、接続線を介して、ＭＥＭＳ制御部、ＭＥＭＳ動作判定部、スイッチ制御部が接続されている。

図１９は、図１８の無線通信端末の変形例を概略的に示す。

ＰＣＢ基板２２０よりも高い誘電率をもつ誘電体ブロック２２６がＰＣＢ基板２２０の端辺に沿って設けられ、誘電体ブロック２２６の長手方向の側面（基板の外側）に、アンテナ素子２１２のメイン部分が形成されている。アンテナ素子２１２のメイン部分と異なる部分はＰＣＢ基板２２０上に形成され、給電点Ｐから延びて、途中誘電体ブロック２２６に上から挟まれて誘電体ブロック２２６の側面側に取り出され、メイン部分と接続される。モジュール２２１とアンテナ素子２１２とを接続する線はＰＣＢ基板２２０上に形成され、モジュール２２１から延びて、途中誘電体ブロック２２６に上から挟まれて、誘電体ブロック２２６の側面側に取り出されアンテナ素子２１２と接続される。このように高誘電率の誘電体ブロック２２６にアンテナ素子を形成することで、波長短縮効果により、アンテナ素子を短く形成でき、よって、アンテナ装置の小型化が可能となる。

以上に各実施形態を説明した本発明のアンテナ装置は、携帯端末、ノートPC、またはFPD(Flat Panel Display)へ実装する事で、地上デジタル放送受信用アンテナとして動作させることもできる。

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。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。第１の実施形態に係る動作設定テーブル１１０の一例を示す図。導体基板の短辺に、逆Fアンテナ素子を設けたアンテナ装置を示す図。図３のアンテナ装置のアンテナ効率を説明する図。固定の容量をもったキャパシタを用いたアンテナ装置の例を示す図。図５のアンテナ装置の周波数−ＶＳＷＲ特性を説明する図。本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。第２の実施形態に係る動作設定テーブル１２０の一例を示す図。図７のアンテナ装置の動作を説明するフローチャート。本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。図１および図７のアンテナ装置の変形例をそれぞれ示す図。図７のアンテナ装置の変形例を示す図。図７のアンテナ装置の変形例を示す図。図７に示すアンテナ装置の変形例を示す図。図１４のアンテナ装置の変形例を示す図。図７に示すアンテナ装置の変形例を示す図。図１３に示すアンテナ装置の変形例を示す図。図１１（Ｂ）のアンテナ装置を実装した無線通信端末の概略構成を示す図。図１８の無線通信端末の変形例を概略的に示す図。

符号の説明

１０１：導体地板
１０２、２１２、２２２、２３２：アンテナ素子
１０４Ａ〜１０４Ｃ：スイッチ（スイッチ素子）
１１４Ａ〜１１４Ｃ：ＭＥＭＳスイッチ
１０７、１０７Ａ〜１０７Ｃ：ＭＥＭＳキャパシタ（可変キャパシタ）
１０５、１１５：スイッチ制御部
１０６：スイッチテーブル
１０８：ＭＥＭＳ制御部
１０９：ＭＥＭＳ動作判定部
１１０、１２０：動作設定テーブル
１１７：固定容量キャパシタ
２２０：プリント回路基板
２２１：モジュール
２２４：給電線
２２５：無線処理部
２２６：誘電体ブロック
２４１：導体板
２５１：導体地板
２５３：線状素子
２５４：接続線
２６１、２７１：無給電素子
２６２：給電素子

Claims

導体地板と、
放射素子を有するアンテナと、
前記放射素子の一端から給電する給電点と、
一端が前記導体地板に接続された１つ以上の可変キャパシタと、
一端が前記１つ以上の可変キャパシタの他端に接続され、他端が前記放射素子の異なる位置に接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数のスイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御部と、
前記１つ以上の可変キャパシタの容量を制御するキャパシタ制御部と、
前記１つ以上の可変キャパシタの容量段階と、前記複数のスイッチ素子のオン・オフとの組み合わせに対応する前記アンテナ素子の動作周波数を保持する動作設定テーブルと、
前記動作設定テーブルから、所望の動作周波数をもつ前記組み合わせを検出し、前記所望の動作周波数をもつ前記組み合わせが複数存在するときは、前記放射素子の他端に最も近いスイッチ素子がオンになる組み合わせを選択する、テーブル参照部と、を備え、
前記キャパシタ制御部は、検出された前記組み合わせにしたがって前記１つ以上の可変キャパシタを制御し、
前記スイッチ制御部は、検出された前記組み合わせにしたがって前記複数のスイッチ素子を制御する
ことを特徴とするアンテナ装置。
導体地板と、
一端は前記導体地板に接続された無給電素子である放射素子を有するアンテナと、
一端が前記導体地板に接続された１つ以上の可変キャパシタと、
一端が前記１つ以上の可変キャパシタの他端に接続され、他端が前記放射素子の異なる位置に接続された複数のスイッチ素子と、
前記複数のスイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御部と、
前記１つ以上の可変キャパシタの容量を制御するキャパシタ制御部と、
前記１つ以上の可変キャパシタの容量段階と、前記複数のスイッチ素子のオン・オフとの組み合わせに対応する前記アンテナ素子の動作周波数を保持する動作設定テーブルと、
前記動作設定テーブルから、所望の動作周波数をもつ前記組み合わせを検出し、前記所望の動作周波数をもつ前記組み合わせが複数存在するときは、前記放射素子の他端に最も近いスイッチ素子がオンになる組み合わせを選択する、テーブル参照部と、を備え、
前記キャパシタ制御部は、検出された前記組み合わせにしたがって前記１つ以上の可変キャパシタを制御し、
前記スイッチ制御部は、検出された前記組み合わせにしたがって前記複数のスイッチ素子を制御する
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記可変キャパシタの故障を検出するキャパシタ故障検出部と、
故障した可変キャパシタの容量段階を検出する容量段階検出部と、をさらに備え、
前記テーブル参照部は、前記故障した可変キャパシタの容量段階が、前記容量段階検出部により検出された容量段階と同じ容量段階を示す組み合わせの中から選択を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記スイッチ素子の故障を検出するスイッチ故障検出部と、
故障したスイッチ素子がオン・オフのいずれの状態にあるかを検出するスイッチ状態検出部と、をさらに備え、
前記テーブル参照部は、前記故障したスイッチ素子の状態が、前記スイッチ状態検出部で検出された状態と同じ状態を示す組み合わせの中から選択を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記可変キャパシタはＭＥＭＳキャパシタであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記スイッチ素子はＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置を介して無線通信を行う無線処理部と、
を備えた無線通信装置。