JP6121829B2 - アンテナ装置、無線通信装置および制御装置 - Google Patents

アンテナ装置、無線通信装置および制御装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置および無線通信装置に関する。
携帯電話などの無線通信装置では、アンテナの入力インピーダンスと電力増幅器の出力インピーダンスの不整合により電力損失が生ずる。この電力損失を抑制するために、アンテナと無線機との間にインピーダンス可変整合回路を設け、アンテナから放射される電力をモニタリングすることにより不整合を検出して、自動的にアンテナの入力インピーダンスと無線機の出力インピーダンスを整合させる方法がある。
一方、良好な通信状態を保つため、電力増幅器の利得を可変にして、通信状態の変化に合わせて送信電力を変化させるＴＰＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行われる場合がある。ＴＰＣを行う場合、アンテナから放出される電力の変化要因として、以下の３つがあげられる。
（１）インピーダンス可変整合回路の状態変化（以下、単に状態変化とも称する）
（２）電力増幅器の利得変化（以下、単に利得変化とも称する）
（３）無線通信装置の周囲の環境変化（以下、単に環境変化とも称する）
ＴＰＣを行う場合、アンテナから放射される電力の変化が、いずれの変化要因によるかを区別することは困難である。そして、状態変化または環境変化と、利得変化とを区別せずに制御すると、不必要な整合動作による消費電力の増大が生じたり、インピーダンスの自動整合の誤動作が生じたりする。
特開２０１３−１６９４９号公報 特開２００６−３４００２８号公報
本発明は、上記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、アンテナから放射される電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断し、インピーダンスを自動整合させるアンテナ装置および無線通信装置を提供することにある。
実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、上記変化量と所定の数値範囲を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、上記比較回路の判断結果に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、を備える。
第１の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第１の実施形態のインピーダンス整合動作のフローチャートである。 第１の実施形態のインピーダンス整合動作の説明図である。 第１の実施形態の制御回路の起動動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態の制御回路の起動動作の説明図である。 第２の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第２の実施形態のインピーダンス整合動作のフローチャートである。 第２の実施形態のインピーダンス整合動作の説明図である。 第３の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第４の実施形態の制御回路の起動動作を示すフローチャートである。 第５の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第６の実施形態のアンテナとプローブの形状を示す模式図である。 第７の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第７の実施形態の制御回路の起動動作を示すフローチャートである。 第８の実施形態の制御回路の起動動作を示すフローチャートである。 第９の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第９の実施形態のインピーダンス整合動作のフローチャートである。 第１０の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第１２の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第１３の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。 第１４の実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。
以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一または類似の箇所には、同一または類似の符号を付している。
なお、実施形態において、ある回路（Ａ回路）とある回路（Ｂ回路）が接続されているとは、特定の機能を備えるＡ回路から別の機能を備えるＢ回路へ信号が伝達されることを意味する。必ずしも、Ａ回路とＢ回路が、物理的に接続されることを意味するものではない。
（第１の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、上記変化量と所定の値を比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、を備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の、上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
図１は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送受信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２、プローブ１４、電力検出器１６、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、起動回路２４を備える。
アンテナ１０は導体である。アンテナ１０は、無線機３００から伝達される信号を送信する。アンテナ１０は、例えば、給電点と反対側の端部が開放端となる逆Ｌアンテナである。なお、逆Ｌアンテナを用いることは、アンテナ装置１００を備える無線通信装置の小型化や設計の容易化を図る観点から望ましいが、アンテナ１０の形状は、逆Ｌアンテナに限られるものではない。
インピーダンス可変整合回路１２は、アンテナ１０の給電点に接続される。インピーダンス可変整合回路１２は、インピーダンスを調整することにより、アンテナ１０の入力インピーダンスと無線機３００の出力インピーダンスを整合させる。
インピーダンス可変整合回路１２は、例えば、２つの可変容量１２ａ、１２ｂで構成される。可変容量の使用数量や回路の接続トポロジーに、特に制限は無い。また、可変容量の他に、可変インダクタやスイッチをインピーダンス可変素子として用いることも可能である。そして、これらの可変素子は、半導体、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）等、その機能の実現手段を選ばない。さらに、インピーダンスの可変範囲を設計する都合上、素子値が固定されたインダクタやキャパシタを用いてもよい。
プローブ１４は、例えば、対称な２本の導体で構成されたダイポール形状の差動型プローブである。プローブ１４は、アンテナ１０の端部近傍に配置され、アンテナ１０から放射される電力を受信する。アンテナ装置１００が接続される無線通信装置の電子部品等から発せられるノイズ耐性を高くする観点から差動型プローブであることが望ましい。しかし、モノポール形状やループ形状等のプローブを適用することが可能である。
電力検出器１６は、プローブ１４に接続される。電力検出器１６は、プローブ１４により受信される電力値を測定する。電力検出器１６は、プローブ１４で受信された電力信号の強度に対応した直流電圧、または、直流電流、またはバイナリデータを出力する機能を備える。
第１の演算回路１８は、電力検出器１６に接続される。第１の演算回路１８は、電力検出器１６により検出される電力値の変化量を算出する。例えば、所定の時間間隔で得られる電力値の差分を計算する。第１の演算回路１８は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより構成される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
制御回路２０は、第１の演算回路１８とインピーダンス可変整合回路１２との間に接続される。制御回路２０は、電力検出器１６により検出される電力値に基づき、アンテナの入力インピーダンスと無線機の出力インピーダンスが整合するよう、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。制御回路２０は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
制御回路２０は、例えば、電力検出器１６で検出される電力値が最大となるようインピーダンス可変整合回路１２を制御する。アンテナ１０の放射する電力が最大となれば、インピーダンスが最も整合しているとみなすことができる。制御回路２０は、具体的には、例えば、可変容量素子１２ａ、１２ｂのリアクタンス値を変更する。
比較回路２２は、第１の演算回路１８と制御回路２０との間に接続される。比較回路２２は、第１の演算回路１８で算出されるアンテナ１０の電力値の変化量と所定の数値範囲を比較する。比較回路２２は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
ここで、所定の数値範囲とは、アンテナ１０の電力の変化量が、電力増幅器２００の利得変化（利得変化）に起因するか、あるいは、インピーダンス可変整合回路の状態変化（状態変化）または無線通信装置の周囲の環境変化（環境変化）に起因するかを判定するために用いられる値である。例えば、電力増幅器２００による電力増減の単位となる電力値に基づく範囲である。また、所定の数値範囲は、単一の数値範囲に限られることはなく、複数の数値範囲であってもかまわない。
起動回路２４は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。起動回路２４は、比較回路２２の比較結果に基づき、制御回路２０を起動させる。起動回路２４は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
例えば、比較回路２２において、電力値の変化量が、利得変化によると判断できる所定の数値範囲に一致しない場合は、制御回路２０を起動させ、インピーダンス整合の動作を開始する。一方、例えば、比較回路２２において、電力値の変化量が、利得変化によると判断できる所定の数値範囲に一致する場合は、制御回路２０を起動させず、インピーダンス整合の動作を行わない。
無線機３００は、インピーダンス可変整合回路１２の、アンテナ１０に対して反対側に接続される。また、電力増幅器２００は、インピーダンス可変整合回路１２と無線機３００との間に接続される。
無線機３００は、例えば、送信機である。また、電力増幅器２００は、例えば、利得可変増幅器である。
電力増幅器２００が、利得可変増幅器の場合、無線機３００から出力される電力を段階的に増減させることが可能である。電力増幅器２００の最小利得可変幅をΔＧ（ｄＢ）と表す。最小利得可変幅ΔＧは、電力増幅器２００による電力増減の単位となる電力値である。例えば、電力増幅器２００により、アンテナ１０に伝達される電力がΔＧ増減すると、アンテナ１０が放射する電力もΔＧ増減することになる。
以下、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の作用・効果について説明する。
まず、制御回路２０によるインピーダンス可変整合回路１２の制御について説明する。
プローブ１４は、開放端となっている逆Ｌアンテナ１０の端部の電荷量の変化を、容量結合により電力として検出する。そして、電力検出器１６により、プローブ１４で測定された電力信号の強度に対応した直流電圧、または、直流電流、またはバイナリデータが、制御回路２０および第１の演算回路１８に出力される。
制御回路２０では、電力検出器１６により測定される電力値に基づき、電力検出器１６からもたらされる検出電力を最大化するように、インピーダンス可変整合回路１２への制御信号伝達を行う。
アンテナの入力インピーダンスと無線機の出力インピーダンスの整合状態が良いほど、アンテナに給電される電力が大きくなる。そして、アンテナ１０の給電点から給電される電力が大きくなると、アンテナ１０の電流が大きくなる。このため、アンテナ１０の給電点の反対側の開放端では電荷量が大きくなる。結果として、開放端となる端部近傍に配置したプローブ１４との容量結合により、プローブ１４で受信する電力（電力信号）も大きくなる。したがって、電力検出器１６での検出電力が大きくするよう制御すれば、アンテナ１０の整合状態が良くなることになる。すなわち、インピーダンス整合が実現されることになる。
本実施形態においては、制御回路２０が、プローブ１４で受信する電力に基づきインピーダンス可変整合回路１２を制御することで、インピーダンスの自動整合を実現する。制御回路２０は、電力検出器１６からもたらされる検出電力を最大化するように、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
具体的には、例えば、制御回路２０は、電力検出器１６からもたらされる電力値に基づく指示を制御信号として、インピーダンス可変整合回路１２に出力する。この信号により、インピーダンス可変整合回路１２内のインピーダンス可変素子のインピーダンス値を制御する。例えば、インピーダンス可変素子が、可変容量の場合には、可変容量のリアクタンス値を変化させる。
例えば、可変素子のインピーダンス値をランダムに変化させて、電力検出器２０の検出電力値が最大となった時の制御信号を記憶しておいても良いし、可変素子に与えられる全ての状態の組み合わせを設定してみて、検出電力値が最大となる制御信号を記憶しておいても良い。制御回路２０での制御方法は、電力検出器１６の検出電力値を最大化できさえすれば、上述の簡便な方法、公知の方法など、あらゆる制御方法を取り得る。
図２は、本実施形態のインピーダンス整合動作の一実施例を示すフローチャートである。また、図３は、本実施例のインピーダンス整合動作の説明図である。
この例では、電力検出器１６により測定される電力の増減方向が同一方向の間は、制御回路２０が同一方向にインピーダンス可変整合回路１２のインピーダンスを変化させる。そして、電力検出器１６により測定される電力の増減方向が逆方向に変化した場合は、制御回路２０が逆方向にインピーダンス可変整合回路１２のインピーダンスを変化させる。インピーダンスの変化方向の変化を所定の回数繰り返した場合、検出電力が最大になったと判断し、制御回路２０の動作を停止する。
具体的には、まず制御回路２０を起動し、インピーダンス可変整合回路１２によるインピーダンスの自動整合動作を開始する。そして、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、その測定結果が制御回路２０に入力される。そして、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が制御回路２０に入力される。
次に、現在値（Ｐｎｏｗ）と前回値（Ｐｐｒｅｖ）の大小関係を比較する。これにより、アンテナ１０の放射する電力の増減を判断する。
仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも大きい場合（図３のケース１）、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも小さい場合（図３のケース２）、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。
ここで、Ｘはインピーダンス可変整合回路１２内のインピーダンス可変素子のインピーダンス値を指示するための指示パラメータであり、ＵＤは、指示パラメータの最小単位である。Ｘを、ＵＤを単位として変化させることにより、インピーダンス可変整合回路のインピーダンスが変化し、アンテナ１０の放出する電力もインピーダンスの整合状態に応じて変化する。指示パラメータは、例えば、可変容量１２ａ、１２ｂのリアクタンス値である。
現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも大きい場合（図３のケース１）は、Ｘの変化方向を同一方向に維持させるため、上述のようにＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、アンテナ１０の放出する電力が増加することになる。一方、仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも小さい場合（図３のケース２）、Ｘの変化方向を逆方向にするために、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、Ｘの値が逆方向に変化し、アンテナ１０の放出する電力が増加することになる。このようにして、アンテナ１０の放出する電力が最大となるようにインピーダンス可変整合回路１２を制御する。
そして、同じＸの値をＮ（Ｎは所定の自然数）回繰り返した場合は、アンテナ１０の放出する電力が最大となったと判断する。すなわち、インピーダンスの整合がとれたと判断し、制御回路２０の動作を停止する。この場合、インピーダンスの変化方向の変化の回数を、同じＸの値を繰り返す回数を数えることによって計測している。
次に、制御回路２０の起動に関する動作について説明する。図４は、本実施形態の制御回路の起動動作の一実施例を示すフローチャートである。また、図５は、本実施例の制御回路の起動動作の説明図である。
定常状態では、制御回路２０は動作を停止している。制御回路２０が動作を停止している状態でも電力検出器１６による電力の測定は行われる。まず、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。そして、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。
次に、電力値の変化量、すなわち、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）と電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）の差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が算出される。電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の算出は、第１の演算回路１８で行われる。電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）は、例えば、その絶対値で表される。
次に、電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値と所定の数値範囲が比較される。この比較は、比較回路２２で行われる。電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値が、例えば、所定の閾値（ε）より小さいか否かの判定が行われる。また、例えば、ΔＧ−εより大きくΔＧ＋εより小さいか否かが判定される。なお、ΔＧは、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）である。
本実施形態の電力通信機は、電力増幅器２００を備えることで、通信状態の変化に合わせて送信電力を制御するＴＰＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。このため、電力検出器１６で検出される電力値の変化が、状態変化または環境変化によるインピーダンス不整合によるものか、電力増幅器２００（利得変化）によるものかを区別することが望ましい。
本実施形態では、図５に示すように、例えば、電力値の変化量が−εからεの間、すなわち、電力値の変化量の絶対値が閾値（ε）より小さい場合（図５中ａ１）は、変化量が誤差の範囲であり、利得変化による電力値の変化が生じていないと判定する。また、電力値の変化量がΔＧ−εからΔＧ＋εの間（図５中ａ２）である場合、および、電力値の変化量が−ΔＧ−εからΔＧ＋εの間（図５中ａ３）である場合、すなわち、電力値の変化量の絶対値がΔＧ−εより大きくΔＧ＋εより小さい場合は、電力値の変化が、電力増幅器２００による利得変化によるものと判定する。なお、図５では、説明を簡潔にするため、電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）を０としている。また、図５で、斜線で示す範囲が、所定の数値範囲に対応する。
本実施形態において、電力値の変化量と、比較される所定の数値範囲は、利得変化による変化と、状態変化または環境変化による変化を判定するために適宜、適当な値を選択することが可能である。例えば、電力値が電力増幅器２００の最小利得可変幅のｎ倍（ｎは２以上の自然数）変化する場合も利得変化によると判定させるために、電力値の変化量の絶対値がｎ×ΔＧ−εより大きくｎ×ΔＧ＋εより小さいという数値範囲を適用してもよい。
変化量が所定の数値範囲と一致し、状態変化または環境変化による電力の変化が生じていないと判定された場合には、制御回路２０は停止状態のままで、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入し、比較回路２２での判定が継続される。一方、変化量が所定の数値範囲と一致せず、状態変化または環境変化による電力の変化が生じたと判定された場合には、制御回路２０が起動される。
制御回路２０の起動は、比較回路２２での判定に基づき起動回路２４から出される制御回路２０への起動信号によって実行される。制御回路２０はインピーダンス可変整合回路１２を制御し、例えば、図２で示した実施例によりインピーダンス整合動作を行う。
本実施形態によれば、検出部となるプローブ１４を開放端であるアンテナ先端近傍に配置することにより、アンテナのインピーダンス整合状態を、プローブ１４による検出電力の大小で評価することが可能である。したがって、アンテナ装置の使用周波数によらず広い無線周波数帯域で精度の高いインピーダンスの自動整合を簡易かつ小型の構成で実現できる。
また、本実施形態のアンテナ装置１００におけるインピーダンス整合のための損失はプローブ１４の検出電力のみである。したがって、極めて低損失なアンテナ装置が実現できる。さらに、制御回路２０によるインピーダンス可変整合回路１２の制御で、自動的にインピーダンス整合を実行することが可能となる。
また、本実施形態によれば、第１の演算回路１８、比較回路２２、起動回路２４を設けることにより、ＴＰＣのため電力増幅器２００の利得変化によって生ずる電力変化と、状態変化または環境変化によりインピーダンスが不整合になったことで生ずる電力変化を区別することが可能となる。さらに、電力変化がインピーダンスの不整合によるものではないと判断した場合に、インピーダンス可変整合回路１２を起動させないことで、不要な回路動作を抑制できる。よって、例えば、消費電力の低減が実現される。
なお、インピーダンス可変整合回路の状態変化による電力変化と、無線通信装置の周囲の環境変化による電力変化は、いずれも、インピーダンスの不整合が生じている場合であり、かつ、電力増幅器の利得変化による電力変化に比べて十分変化スピードが遅いため、特段の区別を行わずともインピーダンスの自動整合に大きな問題は生じない。
（第２の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、上記変化量と所定の値を比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記変化量に対し所定のバイアス値を加算または減算する第２の演算回路を、備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
本実施形態のアンテナ装置は、第２の演算回路を備える以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図６は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０、インピーダンス可変整合回路１２、プローブ１４、電力検出器１６、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、起動回路２４、第２の演算回路２６を備える。
第２の演算回路２６は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。第２の演算回路２６は、比較回路２２の比較結果に基づき、電力検出器１６で検出された電力値の変化量に対し所定のバイアス値を加算または減算する。第２の演算回路２６は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
例えば、電力値の変化量が、利得変化による変化を含むと判断できる所定の数値範囲に一致する場合は、利得変化による変化を打ち消すために、電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する。このバイアス値は、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅である。制御回路２０は、所定のバイアス値が加算または減算された電力値に基づき、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
以下、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の作用・効果について説明する。
図７は、本実施形態のインピーダンス整合の一実施例を示すフローチャートである。また、図８は、本実施例のインピーダンス整合動作の説明図である。
最初に制御回路２０を起動し、インピーダンス可変整合回路１２によるインピーダンスの自動整合動作を開始する。そして、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。そして、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。
次に、現在値（Ｐｎｏｗ）と前回値（Ｐｐｒｅｖ）の差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）、すなわち、電力値の変化量と、所定の閾値（Ｐｔｈ）とを比較する。また、前回値（Ｐｐｒｅｖ）と現在値（Ｐｎｏｗ）の差分（Ｐｐｒｅｖ−Ｐｎｏｗ）、すなわち、電力の変化量と、所定の閾値（Ｐｔｈ）とを比較する。この比較は、比較回路２２で行われる。
差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が所定の閾値（Ｐｔｈ）より大きい場合、すなわち、電力値の変化量が、利得変化による変化を含むと判断できる所定の数値範囲に一致すると判定される。これは、例えば、図８のケース１のようにインピーダンス整合動作中に、電力増幅器２００により電力が増加されるような場合である。この場合、例えば、状態変化または環境変化による電力値の増加（図８中の黒矢印）と、利得変化による電力値の増加（図８中の白矢印）が電力値の変化量に含まれている。したがって、効率的に、または誤動作を避けるようにインピーダンス整合を行うには、利得変化による電力値の増加分をバイアス値として補償してやることが望ましい。
そこで、電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に、前回値（Ｐｐｒｅｖ）に、利得変化による電力値の増加分として、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）を加算した値（Ｐｐｒｅｖ＋ΔＧ）を代入する。所定の閾値（Ｐｔｈ）は、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）から一定値を引いた値である。
仮に、差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が所定の閾値（Ｐｔｈ）より小さく、かつ、前回値（Ｐｐｒｅｖ）と現在値（Ｐｎｏｗ）の差分（Ｐｐｒｅｖ−Ｐｎｏｗ）が所定の閾値（Ｐｔｈ）より大きい場合も、電力値の変化量が、利得変化による変化を含むと判断できる所定の数値範囲に一致すると判定される。これは、例えば、図８のケース２のようにインピーダンス整合動作中に、電力増幅器２００により電力が減少されるような場合である。この場合、例えば、状態変化または環境変化による電力値の減少（図８中の黒矢印）と、利得変化による電力値の減少（図８中の白矢印）が電力値の変化量に含まれている。したがって、効率的または誤動作を避けるようインピーダンス整合を行うには、利得変化による電力値の減少分をバイアス値として補償してやることが望ましい。
そこで、電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に、前回値（Ｐｐｒｅｖ）に、利得変化による電力値の減少分として、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）を減算した値（Ｐｐｒｅ−ΔＧ）を代入する。所定の閾値（Ｐｔｈ）は、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）から一定値を引いた値である。
そして、仮に、差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が所定の閾値（Ｐｔｈ）以下、かつ、前回値（Ｐｐｒｅｖ）と現在値（Ｐｎｏｗ）の差分（Ｐｐｒｅｖ−Ｐｎｏｗ）も所定の閾値（Ｐｔｈ）以下の場合は、電力値の変化量が、利得変化による変化を含まないと判断される。したがって、バイアス値の加算または減算は実行されない。
なお、バイアス値の加算または減算は、第２の演算回路２６により実行される。
次に、現在値（Ｐｎｏｗ）と前回値（Ｐｐｒｅｖ）の大小関係を比較する。これにより、アンテナ１０の放射する電力の増減を判断する。
仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも大きい場合（図３のケース１）、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも小さい場合（図３のケース２）、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。
ここで、Ｘはインピーダンス可変整合回路１２内のインピーダンス可変素子のインピーダンス値を指示するための指示パラメータである。そして、ＵＤは、指示パラメータの最小単位である。Ｘを、ＵＤを最小単位として変化させることにより、インピーダンス可変整合回路１２のインピーダンスが変化し、アンテナ１０の放出する電力もインピーダンスの整合状態に応じて変化する。指示パラメータは、例えば、可変容量１２ａ、１２ｂのリアクタンス値である。
現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも大きい場合（図８のケース１）は、Ｘの変化方向を同一方向に維持させるため、上述のようにＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、アンテナ１０の放出する電力が増加することになる。一方、仮に、現在値（Ｐｎｏｗ）が前回値（Ｐｐｒｅｖ）よりも小さい場合（図８のケース２）、Ｘの変化方向を逆方向にするために、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、Ｘの値が逆方向に変化し、アンテナ１０の放出する電力が増大することになる。このようにして、アンテナ１０の放出する電力が最大となるようにインピーダンス可変整合回路１２を制御する。
そして、同じＸの値をＮ（Ｎは所定の自然数）回繰り返した場合は、アンテナ１０の放出する電力が最大となり、インピーダンスの整合がとれたと判断し、制御回路２０の動作を停止する。インピーダンスの変化方向の変化の回数を、同じＸの値を繰り返す回数を数えることによって計測している。
本実施形態において、制御回路２０によりインピーダンス可変整合回路１２を制御する際の電力値の最小変化幅が、電力増幅器２００の最小利得可変幅よりも小さいことが望ましい。すなわち、指示パラメータＸを、その最小単位であるＵＤだけ変化させた際の電力値の変化幅が、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）より小さいことが望ましい。これにより、電力値の変化量が、利得変化による変化を含むか否かの判定が容易になるからである。
制御回路２０の起動に関する動作については、第１の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、インピーダンス自動整合の動作中にＴＰＣが行われ、電力増幅器２００による電力の増減が生じたとしても、比較回路２２がこの利得変化による電力変化の有無を判断する。さらに、利得変化による電力値の変化を、適切なバイアス値を検出された電力値に加減することにより補償する。したがって、状態変化または環境変化による電力値の変化に基づき、インピーダンス整合動作を実行することが可能となる。よって、不必要な動作を排除して効率的なインピーダンスの自動整合が可能となる。また、インピーダンスの自動整合における誤動作を抑制することが可能となる。
（第３の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、上記変化量と所定の数値範囲を比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する第２の演算回路を、備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
本実施形態のアンテナ装置は、起動回路を備えないこと以外は、基本的に第２の実施形態と同様である。したがって、第２の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図９は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２と、プローブ１４、電力検出器１６、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、第２の演算回路２６を備える。
本実施形態においては、例えば、制御回路２０を常時起動状態としておいてもかまわない。
本実施形態によれば、第２の実施形態同様、状態変化または環境変化による電力値の変化に基づき、インピーダンス整合動作を実行することが可能となる。よって、不必要な動作を排除して効率的なインピーダンス整合が可能となる。また、インピーダンス整合における誤動作を抑制することが可能となる。
（第４の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、比較回路が電力の変化量と所定の数値範囲を比較し、第１の演算回路が、電力の変化量の算出を繰り返し、上記変化量が所定の数値範囲と一致しなかった後、初めて上記変化量が所定の数値範囲と一致した際に、起動回路が制御回路を起動させること以外は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
本実施形態では、比較回路２２において、電力値の変化量が、利得変化によると判断できる所定の数値範囲に一致しない場合、待機期間の経過後に、制御回路２０を起動させ、インピーダンス整合の動作を開始する。この待機期間は、比較回路２２において、電力値の変化量が、利得変化によると判断できる所定の数値範囲に一致するまでの期間である。
以下、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の作用・効果について説明する。図１０は、本実施形態の制御回路の起動の一実施例を示すフローチャートである。
定常状態では、制御回路２０は動作を停止している。制御回路２０が動作を停止している状態でも電力検出器１６による電力の測定は行われる。まず、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。そして、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、電力検出器１６により電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。
次に、電力の変化量、すなわち、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）と電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）の差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が算出される。電力の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の算出は、第１の演算回路１８で行われる。電力の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）は、例えば、その絶対値で表される。
次に、電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値と所定の数値範囲が比較される。この比較は、比較回路２２で行われる。電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値は、例えば、閾値（ε）以下である否かの判定が行われる。また、例えば、ΔＧ−εより大きくΔＧ＋εより小さいか否かが判定される。なお、ΔＧは、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）である。
変化量が所定の数値範囲と一致し、状態変化または環境変化による電力の変化が生じていないと判定された場合には、制御回路２０は停止状態のままで、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入し、比較回路２２での判定が継続される。
一方、変化量が所定の数値範囲と一致せず、状態変化または環境変化による電力の変化が生じたと判定された場合にも、待機期間が経過するまでは、制御回路２０は停止状態を保つ。そして、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入し、比較回路２２での判定が継続される。その後、最初に、電力の変化量が所定の数値範囲と一致した場合に制御回路２０が起動される。
すなわち、電力の変化量、すなわち、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）と電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）の差分（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）が算出される。電力の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の算出は、第１の演算回路１８で行われる。電力の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）は、例えば、その絶対値で表される。
次に、電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値と所定の数値範囲が比較される。この比較は、比較回路２２で行われる。電力値の変化量（Ｐｎｏｗ−Ｐｐｒｅｖ）の絶対値は、例えば、ΔＧ−εより大きくΔＧ＋εより小さいか否かが判定される。なお、ΔＧは、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）である。
変化量が所定の数値範囲と一致せず、利得変化による電力の変化が生じていないと判定された場合には、制御回路２０は停止状態のままで、電力の現在値（Ｐｎｏｗ）を電力の前回値（Ｐｐｒｅｖ）に代入し、比較回路２２での判定が継続される。変化量が所定の数値範囲と一致し、利得変化による電力の変化が生じたと判定された場合、待機時間が終了し、制御回路２０が起動回路２４により起動される。
なお、変化量と所定の数値範囲との比較を行うために、比較回路２２と異なる第２の比較回路を別途設けてもかまわない。
本実施形態によれば、状態変化または環境変化による電力変化が生じた後、最初にＴＰＣが実行されるまで制御回路２０の起動を行わない。すなわち、最初にＴＰＣが実行されるまでインピーダンス整合の動作を行わず、ＴＰＣが実行されて初めてインピーダンス整合の動作を開始する。
一端ＴＰＣが実行されると、次にＴＰＣが実行されるまで、ある程度の時間間隔が生じる蓋然性が高くなる。したがって、インピーダンス整合の動作中にＴＰＣが実行される確率が低下する。よって、インピーダンス整合の動作中に利得変化による電力の変化が生じ、インピーダンス整合の不必要な動作や誤動作が生じることを抑制できる。
（第５の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、上記アンテナ装置で使用される無線周波数と、インピーダンス可変整合回路の最適インピーダンス状態との関係を記憶する記憶素子を、さらに備える以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
図１１は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。
アンテナ装置１００は、記憶素子２８を備える。記憶素子２８は、アンテナ装置１００で使用される無線周波数と、インピーダンス可変整合回路１２の最適インピーダンス状態との関係を記憶する。具体的には、例えば、無線周波数と、その無線周波数でインピーダンス整合をとるために最適なインピーダンス値をインピーダンス可変整合回路１２に指示するための指示パラメータＸとの関係をテーブルとして記憶素子２８が記憶する。
記憶素子２８は、例えば、半導体メモリである。
アンテナ装置１００で使用される無線周波数に関する情報は、例えば、無線機３００から信号として制御回路２０に伝達される。制御回路２０は、無線機３００から伝達された無線周波数に最適なインピーダンス状態を実現する指示パラメータＸを記憶素子２８から入手する。この指示パラメータＸに基づき、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
例えば、無線通信装置が複数の無線周波数帯を使用する場合、それぞれの無線周波数帯で最適な指示パラメータＸが異なる。また、同一の周波数帯内であっても、帯域内の無線周波数ごとで最適な指示パラメータＸが異なり得る。
本実施形態によれば、例えば、制御回路２０の起動時に使用される無線周波数に最適な指示パラメータＸを初期値としてインピーダンス整合を行うことが可能になる。また、例えば、通信中に使用される無線周波数が変化するような場合でも、使用される無線周波数に最適な指示パラメータＸへ変更することにより、この指示パラメータＸを初期値としてインピーダンス整合を行うことが可能になる。よって、迅速なインピーダンス整合を行うことが可能となる。また、インピーダンス整合のための不要な回路動作を抑制することにより、消費電力を削減することが可能となる。
（第６の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、具体的に、アンテナの形状およびアンテナとプローブの位置関係を示す以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
本実施形態において、アンテナが、給電点と上記給電点と離間した端部を備え、アンテナの端部とプローブの先端との距離が、アンテナ装置で使用される最大無線周波数に対応する波長の８分の１以下である。
図１２は、本実施形態のアンテナとプローブの形状を示す模式図である。アンテナ１０は枝分かれした導体である。アンテナ１０は、インピーダンス可変整合回路１２に接続される給電点１０ａと、給電点１０ａと離間した端部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備えている。アンテナ１０は、枝分かれした形状により、複数の周波数で共振し、複数の周波数でインピーダンス整合することが可能となる。なお、アンテナ１０の形状は、必ずしも図１２の形状に限定されるものではない。
プローブ１４は、ここでは、対称な２本の導体で構成されたダイポール形状の差動型プローブである。アンテナ装置が接続される無線通信装置の電子部品等から発せられるノイズ耐性を高くする観点から差動型プローブであることが望ましいが、モノポール形状やループ形状等のプローブを適用することが可能である。
枝分かれしたアンテナ１０の最も枝の長い部分の端部１０ｂ、いいかえれば、もっとも給電点１０ａから距離の遠い端部１０ｂと、プローブ１４の先端までの離間距離（図１２中ｄ）が、アンテナ装置１００において使用される最大無線周波数に対応する波長の８分の１以下となるよう近接して配置される。使用される無線周波数によらず、インピーダンス整合の精度を向上させる観点から、枝分かれしたアンテナ１０の最も枝の長い部分の端部１０ｂとプローブ１４の先端までの離間距離が、上記関係を充足することが望ましい。
アンテナ１０の最も枝の長い部分の端部１０ｂは、使用される無線周波数に依存せず、インピーダンス整合している場合に、もっとも電荷がたまりやすい。したがって、プローブ１４による検出電力が他の端部１０ｃ、１０ｄと比較して大きくなる。よって、インピーダンス整合の精度が向上する。
（第７の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される第１の電力検出器と、上記第１の電力検出器に接続され、上記第１の電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される第２の電力検出器と、上記第１の電力検出器により測定される第１の電力値と、上記第２の電力検出器により測定される第２の電力値を比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、を備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
図１３は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２と、プローブ１４、第１の電力検出器３０、第２の電力検出器３２、制御回路２０、比較回路２２、起動回路２４を備える。
アンテナ１０は導体である。アンテナ１０は、無線機３００から伝達される信号を送信する。アンテナ１０は、例えば、給電点と反対側の端部が開放端となる逆Ｌアンテナである。なお、逆Ｌアンテナを用いることは、アンテナ装置１００を備える無線通信装置の小型化や設計の容易化を図る観点から望ましいが、アンテナ１０の形状は、逆Ｌアンテナに限られるものではない。
インピーダンス可変整合回路１２は、アンテナ１０の給電点に接続される。インピーダンス可変整合回路１２は、インピーダンスを調整することにより、アンテナ１０の入力インピーダンスと無線機３００の出力インピーダンスを整合させる。
インピーダンス可変整合回路１２は、例えば、２つの可変容量１２ａ、１２ｂで構成される。可変容量の使用数量や回路の接続トポロジーに制限は無い。また、可変容量の他に、可変インダクタやスイッチをインピーダンス可変素子として用いることも可能である。そして、これらの可変素子は、半導体、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）等、その機能の実現手段を選ばない。
プローブ１４は、例えば、対称な２本の導体で構成されたダイポール形状の差動型プローブである。プローブ１４は、アンテナ１０の端部近傍に配置され、アンテナ１０から放射される電力を受信する。アンテナ装置１００が接続される無線通信装置の電子部品等から発せられるノイズ耐性を高くする観点から差動型プローブであることが望ましいが、モノポール形状やループ形状等のプローブを適用することが可能である。
第１の電力検出器３０は、プローブ１４に接続される。第１の電力検出器３０は、プローブ１４により受信される電力値（第１の電力値：Ｐ１）を測定する。第１の電力検出器３０は、プローブ１４で受信された電力信号の強度に対応した直流電圧、または、直流電流、またはバイナリデータを出力する機能を備える。
制御回路２０は、第１の電力検出器３０とインピーダンス可変整合回路１２との間に接続される。制御回路２０は、上記変化量に基づき、アンテナの入力インピーダンスと無線機の出力インピーダンスが整合するよう、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。制御回路２０は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
制御回路２０は、例えば、第１の電力検出器３０で検出される電力値が最大となるようインピーダンス可変整合回路１２を制御する。アンテナ１０の放射する電力が最大となれば、インピーダンスが整合しているとみなすことができる。具体的には、例えば、可変容量素子１２ａ、１２ｂのリアクタンス値を変更する。
第２の電力検出器３２は、インピーダンス可変整合回路１２の上記アンテナ１０に対して反対側に接続される。第２の電力検出器３２は、無線機３００から電力増幅器２００を介してアンテナ１０に入力される電力値（第２の電力値：Ｐ２）を測定する。第２の電力検出器３２は、プローブ１４で受信された電力信号の強度に対応した直流電圧、または、直流電流、またはバイナリデータを出力する機能を備える。
比較回路２２は、第１の電力検出器３０と第２の電力検出器３２に接続される。比較回路２２は、第１の電力検出器３０により測定される第１の電力値と、第２の電力検出器３２により測定される第２の電力値を比較する。比較回路２２は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
起動回路２４は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。起動回路２４は、比較回路２２の比較結果に基づき、制御回路２０を起動させる。起動回路２４は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
例えば、比較回路２２において、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比較の結果、状態変化または環境変化による電力の変化が生じたと判断できる場合は、制御回路２０を起動させ、インピーダンス整合の動作を開始する。一方、例えば、比較回路２２において、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比較の結果、状態変化または環境変化による電力の変化が生じていないと判断できる場合は、制御回路２０を起動させず、インピーダンス整合の動作を行わない。
無線機３００は、インピーダンス可変整合回路１２のアンテナ１０に対して反対側に接続される。また、電力増幅器２００は、インピーダンス可変整合回路１２と無線機３００との間に接続される。
無線機３００は、例えば、送信機である。また、電力増幅器２００は、例えば、利得可変増幅器である。
電力増幅器２００が、利得可変増幅器の場合、無線機３００から出力される電力を段階的に増減させることが可能である。電力増幅器２００の最小利得可変幅をΔＧ（ｄＢ）と表す。最小利得可変幅ΔＧは、電力増幅器２００による電力増減の単位となる電力値である。例えば、電力増幅器２００により、アンテナ１０に伝達される電力がΔＧ増減すると、アンテナ１０放射する電力もΔＧ増減することになる。
以下、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の作用・効果について説明する。
制御回路２０によるインピーダンス可変整合回路１２の制御については、第１の実施形態と同様であるので、記述を省略する。
次に、制御回路２０の起動に関する動作について説明する。図１４は、本実施形態の制御回路の起動の一実施例を示すフローチャートである。
例えば、電力増幅器２００により、無線機３００の電力が増幅されアンテナ１０に出力される電力が大きくなった場合、アンテナ１０から放射される電力もアンテナ１０に出力される電力に比例して大きくなる。したがって、アンテナ１０から放射される電力が利得変化により変化した場合、第１の電力検出器３０で検出される第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力検出器３２で検出される第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）は一定値となる。
一方、インピーダンス可変整合回路の状態変化や無線通信装置を取り巻く環境の変化、すなわち、状態変化または環境変化でインピーダンス不整合が生じ、アンテナ１０から放射される電力が変化した場合、第１の電力検出器３０で検出される第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力検出器３２で検出される第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）が変化する。したがって、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）を算出することにより、状態変化または環境変化によるインピーダンス不整合が生じたか否かを判断することが可能となる。
定常状態では、制御回路２０は動作を停止している。制御回路２０が動作を停止している状態でも第１および第２の電力検出器３０、３２による電力の測定は行われる。まず、第１の電力検出器３０により第１の電力値（Ｐ１）を測定し、測定結果が比較回路２２に入力される。また、第２の電力検出器３２により第２の電力値（Ｐ２）を測定し、測定結果が比較回路２２に入力される。そして、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）が算出される。
そして、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）の現在値（Ｄｎｏｗ）を、この比の前回値（Ｄｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、第１および第２の電力検出器３０、３２により第１の電力値（Ｐ１）および第２の電力値（Ｐ２）を測定し、測定結果が比較回路２２に入力される。そして、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）が算出される。
次に、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）の現在値（Ｄｎｏｗ）と、前回値（Ｄｐｒｅｖ）の差分（Ｄｎｏｗ−Ｄｐｒｅｖ）が算出される。比の変化量（Ｄｎｏｗ−Ｄｐｒｅｖ）の算出は、比較回路２２で行われる。比の変化量（Ｄｎｏｗ−Ｄｐｒｅｖ）は、例えば、その絶対値で表される。
次に、比の変化量（Ｄｎｏｗ−Ｄｐｒｅｖ）の絶対値と所定の閾値（Ｄｔｈ）が比較される。この比較は、比の変化量（Ｄｎｏｗ−Ｄｐｒｅｖ）の絶対値と所定の閾値（Ｄｔｈ）より大きいか否かの判定が行われる。閾値（Ｄｔｈ）は、例えば、電力増幅器２００による電力変化が生じた場合、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）が変化していないとみなすことが出来る許容範囲を定義する値である。
本実施形態の電力通信機は、電力増幅器２００を備えることで、通信状態の変化に合わせて送信電力を制御するＴＰＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。このため、電力検出器１６で検出される電力値の変化が、状態変化または環境変化によるインピーダンス不整合によるものか、電力増幅器２００（利得変化）によるものかを区別することが望ましい。
本実施形態では、図１４に示すように、例えば、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）の絶対値が所定の閾値（Ｄｔｈ）以下である場合、比の変化が誤差の範囲であり、状態変化または環境変化による変化が生じていないと判定する。状態変化または環境変化による電力の変化が生じていないと判定された場合には、制御回路２０は停止状態のままで、比の現在値（Ｄｎｏｗ）を電力の前回値（Ｄｐｒｅｖ）に代入し、比較回路２２での判定が継続される。
一方、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の比（Ｄ＝Ｐ１／Ｐ２）の絶対値が所定の閾値（Ｄｔｈ）より大きい場合、状態変化または環境変化による比の変化が生じたと判定される。この場合、制御回路２０が起動される。
制御回路２０の起動は、比較回路２２での判定に基づき起動回路２４から出される制御回路２０への起動信号によって実行される。制御回路２０はインピーダンス可変整合回路１２を制御し、例えば、図２で示した実施例によりインピーダンス整合動作を行う。
本実施形態によれば、検出部となるプローブ１４を開放端であるアンテナ先端近傍に配置することにより、アンテナのインピーダンス整合状態を、プローブ１４による検出電力の大小で評価することが可能である。したがって、アンテナ装置の使用周波数によらず広い無線周波数帯域で精度の高いインピーダンス整合を簡易かつ小型の構成で実現できる。また、本実施形態のアンテナ装置１００におけるインピーダンス整合のための損失はプローブ１４の検出電力のみである。したがって、極めて低損失なアンテナ装置が実現できる。さらに、制御回路２０によるインピーダンス可変整合回路１２の制御で、自動的にインピーダンス整合を実行することが可能となる。
また、本実施形態によれば、第１の電力検出器３０、第２の電力検出器３２、比較回路２２、起動回路２４を設けることにより、ＴＰＣ制御のため電力増幅器２００によって生ずる電力変化と、状態変化または環境変化によりインピーダンスが不整合になったことによる電力変化を区別することが可能となる。さらに、電力変化がインピーダンスの不整合によるものではないと判断した場合に、インピーダンス可変整合回路１２の駆動させないことで、不要な回路動作を抑制できる。よって、例えば、消費電力の低減が実現される。また、第１の電力検出器３０と第２の電力検出器３２の２つの検出器で検出される電力の比を用いて電力変化の要因を区別することで、精度の高い判定と行うことが可能となる。
（第８の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、第１および第２の電力検出器３０、３２が対数ピーク電力検出器であること、比較回路が減算回路を含み比較回路２２で第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）に対し減算処理が行われること以外は、第７の実施形態と同様である。したがって、第７の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
なお、対数ピーク電力検出器とは、検出される電力の値の対数を出力する電力検出器である。したがって、本実施形態では、第１および第２の電力検出器３０、３２から出力される第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）が測定された電力の対数値である。
図１５は、本実施形態の制御回路の起動の一実施例を示すフローチャートである。
本実施形態では、第１の電力検出器３０により検出される電力と、第２の電力検出器３２により検出される電力の比（Ｄ）を、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）の差分として算出することができる。これは、第１の電力値（Ｐ１）と第２の電力値（Ｐ２）が検出された電力の対数であるため、検出された電力の除算処理が減算処理となるからである。この減算処理は、例えば、比較回路２２内の減算回路で実行される。その他のフローは第７の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、第１の電力検出器３０により検出される電力と、第２の電力検出器３２により検出される電力の比（Ｄ）を、減算処理により算出することが可能となる。したがって、例えば、比較回路２２のソフトウェア処理量を軽減することが可能となる。また、例えば、比較回路２２のハードウェアの構成を簡易にできる。
（第９の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される第１の電力検出器と、上記第１の電力検出器に接続され、上記第１の電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記インピーダンス可変整合回路の、上記アンテナに対して反対側に接続される第２の電力検出器と、上記第１の電力検出器により測定される第１の電力値と、上記第２の電力検出器により測定される第２の電力値を比較する比較回路と、上記比較回路の比較結果に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、を備える。そして、比較回路の比較結果に基づき、上記第１の電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する演算回路を、さらに備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
本実施形態のアンテナ装置は、第１および第２の演算回路を備える以外は、基本的に第７の実施形態と同様である。したがって、第７の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図１６は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２と、プローブ１４、第１の電力検出器３０、第２の電力検出器３２、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、第２の演算回路２６、起動回路２４を備える。
第１の演算回路１８は、第１の電力検出器３０、および、第２の電力検出器３２に接続される。第１の演算回路１８は、第１の電力検出器３０で検出される第１の電力値と、第２の電力検出器３２で検出される第２の電力値に対して演算を行う。第１の演算回路１８は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
また、第２の演算回路２６は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。第２の演算回路２６は、比較回路２２の比較結果に基づき、第１の電力検出器３０で検出された第１の電力値に、所定のバイアス値を加算または減算する。第２の演算回路２６は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
例えば、利得変化による検出電力の変化が生じたと判断できる場合は、利得変化による変化を打ち消すために、第１の電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する。このバイアス値は、例えば、第２の電力値の変化量、すなわち電力増幅器２００で増減された電力の変化量である。制御回路２０は、所定のバイアス値が加算または減算された変化量に基づき、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
以下、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の作用・効果について説明する。
図１７は、本実施形態のインピーダンス整合の一実施例を示すフローチャートである。
最初に制御回路２０を起動し、インピーダンス可変整合回路１２によるインピーダンスの自動整合動作を開始する。そして、第１の電力検出器３０により第１の電力値の現在値（Ｐ１ｎｏｗ）と、第２の電力検出器３２により第２の電力値の現在値（Ｐ２ｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。そして、第１の電力の現在値（Ｐ１ｎｏｗ）を第１の電力値の前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）に代入する。また、第２の電力値の現在値（Ｐ２ｎｏｗ）を第２の電力値の前回値（Ｐ２ｐｒｅｖ）に代入する。そして、再度、第１の電力検出器３０により第１の電力値の現在値（Ｐ１ｎｏｗ）と、第２の電力検出器３２により第２の電力の現在値（Ｐ２ｎｏｗ）を測定し、測定結果が第１の演算回路１８に入力される。
次に、第２の電力値の現在値（Ｐ２ｎｏｗ）、第２の電力値の前回値（Ｐ２ｐｒｅｖ）の差分（Ｐ２ｎｏｗ−Ｐ２ｐｒｅｖ）の絶対値、すなわち、第２の電力値の変化量と、所定の閾値（Ｐｔｈ）とを比較する。この比較は、比較回路２２で行われる。
第２の電力値の差分（Ｐ２ｎｏｗ−Ｐ２ｐｒｅｖ）の絶対値が所定の閾値（Ｐｔｈ）より大きい場合、これは、例えば、インピーダンス整合動作中に、電力増幅器２００により電力が増加されるような場合である。この場合、例えば、状態変化または環境変化による電力値の増減と、利得変化による電力値の増減が第１の電力の電力値の変化量に含まれている。したがって、効率的に、または誤動作を避けるようにインピーダンス整合を行うには、利得変化による第２の電力値の増減分をバイアス値として補償してやることが望ましい。
そこで、第１の電力値の前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）に、利得変化による電力値の増減分として、例えば、第２の電力値の差分（Ｐ２ｎｏｗ−Ｐ２ｐｒｅｖ）を加算する。
仮に、差分（Ｐ２ｎｏｗ−Ｐ２ｐｒｅｖ）の絶対値が所定の閾値（Ｐｔｈ）以下の場合は、第１の電力値の変化量が、利得変化による変化を含まないため、バイアス値の加算は実行されない。
なお、バイアス値の加算または減算は、第２の演算回路２６により実行される。
次に、第１の電力値の現在値（Ｐ１ｎｏｗ）と前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）の大小関係を比較する。これにより、アンテナ１０の放射する電力の増減を判断する。
仮に、現在値（Ｐ１ｎｏｗ）が前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）よりも大きい場合、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。仮に、現在値（Ｐ１ｎｏｗ）が前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）よりも小さい場合、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。
ここで、Ｘはインピーダンス可変整合回路１２内のインピーダンス可変素子のインピーダンス値を指示するための指示パラメータである。そして、ＵＤは、指示パラメータの最小単位である。Ｘを、ＵＤを最小単位として変化させることにより、インピーダンス可変整合回路１２のインピーダンスが変化し、アンテナ１０の放出する電力もインピーダンスの整合状態に応じて変化する。指示パラメータは、例えば、可変容量１２ａ、１２ｂのリアクタンス値である。
現在値（Ｐ１ｎｏｗ）が前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）よりも大きい場合は、Ｘの変化方向を同一方向に維持させるため、上述のようにＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、アンテナ１０の放出する電力が増加することになる。一方、仮に、現在値（Ｐ１ｎｏｗ）が前回値（Ｐ１ｐｒｅｖ）よりも小さい場合、Ｘの変化方向を逆方向にするために、ＵＤに逆符号の−ＵＤを代入した後、ＸにＸ＋ＵＤを代入する。これにより、Ｘの値が逆方向に変化し、アンテナ１０の放出する電力が増大することになる。このようにして、アンテナ１０の放出する電力が最大となるようにインピーダンス可変整合回路１２を制御する。
そして、同じＸの値をＮ（Ｎは所定の自然数）回繰り返した場合は、アンテナ１０の放出する電力が最大となり、インピーダンスの整合がとれたと判断し、制御回路２０の動作を停止する。インピーダンスの変化方向の変化の回数を、同じＸの値を繰り返す回数を数えることによって計測している。
本実施形態において、制御回路２０によりインピーダンス可変整合回路１２を制御する際の電力値の最小変化幅が、電力増幅器２００の最小利得可変幅よりも小さいとことが望ましい。すなわち、指示パラメータＸを、その最小単位であるＵＤだけ変化させた際の電力値の変化幅が、電力増幅器２００の最小利得可変幅ΔＧ（ｄＢ）より小さいことが望ましい。これにより、電力値の変化量が、利得変化による変化を含むか否かの判定が容易になるからである。
制御回路２０の起動に関する動作については、第７の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、インピーダンス整合の動作中にＴＰＣが行われ、電力増幅器２００による電力の増減が生じたとしても、比較回路２２がこの利得変化による電力変化の有無を判断する。さらに、利得変化による第１の電力値の変化を、適切なバイアス値を検出された第１の電力値に加減することにより補償する。したがって、状態変化または環境変化による第１の電力値の変化に基づき、インピーダンス整合動作を実行することが可能となる。よって、不必要な動作を排除して効率的なインピーダンスの自動整合が可能となる。また、インピーダンスの自動整合における誤動作を抑制することが可能となる。
（第１０の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、上記アンテナ装置で使用される無線周波数と、インピーダンス可変整合回路の最適インピーダンス状態との関係を記憶する記憶素子を、さらに備える以外は、基本的に第７の実施形態と同様である。したがって、第７の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
図１８は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。
アンテナ装置１００は、記憶素子２８を備える。記憶素子２８は、アンテナ装置１００で使用される無線周波数と、インピーダンス可変整合回路１２の最適インピーダンス状態との関係を記憶する。具体的には、例えば、無線周波数と、その無線周波数でインピーダンス整合をとるために最適なインピーダンス値をインピーダンス可変整合回路１２に指示するための指示パラメータＸとの関係をテーブルとして記憶素子２８が記憶する。
記憶素子２８は、例えば、半導体メモリである。
アンテナ装置１００で使用される無線周波数は、例えば、無線機３００から信号として制御回路２０に伝達される。制御回路２０は、無線機３００から伝達された無線周波数に最適なインピーダンス状態を実現する指示パラメータＸを記憶素子２８から入手する。この指示パラメータＸに基づき、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
例えば、無線通信装置が複数の無線周波数帯を使用する場合、それぞれの無線周波数帯で最適な指示パラメータＸが異なる。また、同一の周波数帯内であっても、帯域内の無線周波数ごとで最適な指示パラメータＸが異なり得る。
本実施形態によれば、例えば、制御回路２０の起動時に使用される無線周波数に最適な指示パラメータＸを初期値としてインピーダンス整合を行うことが可能になる。また、例えば、通信中に使用される無線周波数が変化するような場合でも、使用される無線周波数に最適な指示パラメータＸへ変更することにより、この指示パラメータＸを初期値としてインピーダンス整合を行うことが可能になる。よって、迅速なインピーダンス整合を行うことが可能となる。また、インピーダンス整合のための不要な回路動作を抑制することにより、消費電力を削減することが可能となる。
（第１１の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、第６の実施形態のアンテナの形状およびアンテナとプローブの位置関係を、第７の実施形態に適用した掲題である。したがって、第６および第７の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
本実施形態において、アンテナが、給電点と上記給電点と離間した端部を備え、アンテナの端部とプローブの先端との距離が、アンテナ装置で使用される最大無線周波数に対応する波長の８分の１以下である。よって、インピーダンス整合の精度が向上する。
（第１２の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される第１の電力検出器と、上記第１の電力検出器に接続され、上記第１の電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記インピーダンス可変整合回路の、上記アンテナに対して反対側に接続される第２の電力検出器と、上記第１の電力検出器により測定される第１の電力値と、上記第２の電力検出器により測定される第２の電力値を比較する比較回路と、を備える。そして、比較回路の比較結果に基づき、上記第１の電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する演算回路を、さらに備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。
本実施形態のアンテナ装置は、起動回路を備えないこと以外は、基本的に第９の実施形態と同様である。したがって、第９の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図１９は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２と、プローブ１４、第１の電力検出器３０、第２の電力検出器３２、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、第２の演算回路２６を備える。
本実施形態においては、例えば、制御回路２０を常時起動状態としておいてもかまわない。
本実施形態によれば、第９の実施形態同様、状態変化または環境変化による第１の電力値の変化に基づき、インピーダンス整合動作を実行することが可能となる。よって、不必要な動作を排除して効率的なインピーダンス整合が可能となる。また、インピーダンス整合における誤動作を抑制することが可能となる。
（第１３の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記インピーダンス可変整合回路に入力される電力の増幅に関する情報に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、を備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の、上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。そして、無線機３００が、電力増幅器２００および起動回路２４へＴＰＣ制御信号を伝達するＴＰＣ制御回路３００ａを内蔵している。
図２０は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０と、インピーダンス可変整合回路１２、プローブ１４、電力検出器１６、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、起動回路２４を備える。
また、本実施形態では、無線機３００が、電力増幅器２００および起動回路２４へＴＰＣ制御信号を伝達するＴＰＣ制御回路３００ａを内蔵している。ＴＰＣ制御回路３００ａは、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
本実施形態は、比較回路２２と起動回路２４の動作、および、その動作を実現する構成が異なる以外は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
電力増幅器２００は、ＴＰＣ制御回路３００ａからのＴＰＣ制御信号により、送信電力を変化させる。ＴＰＣ制御信号は、起動回路２４にも伝達される。ＴＰＣ制御信号は、インピーダンス可変整合回路１２に入力される電力の増幅に関する情報を含む。
比較回路２２は、第１の演算回路１８と制御回路２０との間に接続される。比較回路２２は、第１の演算回路１８で算出されるアンテナ１０の電力値の変化量と所定の閾値（ε）を比較する。この比較は、電力の変化量がインピーダンス整合動作をすべき大きさか否かを判定するために行われる。
起動回路２４は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。起動回路２４は、比較回路２２の比較結果と、ＴＰＣ制御信号に基づき、制御回路２０を起動させる。
例えば、比較回路２２において電力値の変化量が閾値以上と判定され、かつ、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令していない場合、状態変化または環境変化による不整合が生じていると起動回路２４が判断する。そして、起動回路２４は制御回路２０を起動させ、インピーダンス整合の動作を開始する。
一方、例えば、比較回路２２において電力値の変化量が閾値未満と判定される場合、または、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令している場合は、電力値の変化量が小さいか、電力値の変化が利得変化によると起動回路２４が判断する。そして、起動回路２４は制御回路２０を起動させず、インピーダンス整合の動作を行わない。
本実施形態によれば、起動回路２４がＴＰＣ制御回路３００ａからのＴＰＣ制御信号により、利得変化による電力値の変化が生じているか否かを判断する。したがって、より高い精度でインピーダンス自動整合の要否を判断できる。よって、一層、安定したインピーダンス自動整合が実現される。
（第１４の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、アンテナと、上記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、上記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、上記プローブに接続される電力検出器と、上記電力検出器に接続され、上記電力検出器により測定される電力値に基づき上記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、上記インピーダンス可変整合回路に入力される電力の増幅に関する情報に基づき、上記制御回路を起動させる起動回路と、上記インピーダンス可変整合回路に入力される電力の増幅に関する情報に基づき、上記変化量に対し所定のバイアス値を加算または減算する演算回路を、備える。
また、本実施形態の無線通信装置は、上記アンテナ装置に加え、上記インピーダンス可変整合回路の、上記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、上記インピーダンス可変整合回路と上記無線機との間に接続される電力増幅器を、さらに備える。そして、無線機３００が、電力増幅器２００および起動回路２４へＴＰＣ制御信号を伝達するＴＰＣ制御回路３００ａを内蔵している。
図２１は、本実施形態のアンテナ装置および無線通信装置の構成を示す模式図である。本実施形態の無線通信装置は、アンテナ装置１００、電力増幅器２００、無線機３００を備える。無線機３００は、例えば、送信機である。このようにアンテナ装置１００と、アンテナ装置１００に接続される電力増幅器２００、および、無線機３００が無線通信装置を構成する。無線通信装置は、例えば携帯電話である。
アンテナ装置１００は、アンテナ１０、インピーダンス可変整合回路１２、プローブ１４、電力検出器１６、第１の演算回路１８、制御回路２０、比較回路２２、起動回路２４、第２の演算回路２６を備える。
また、本実施形態では、無線機３００が、電力増幅器２００および起動回路２４へＴＰＣ制御信号を伝達するＴＰＣ制御回路３００ａを内蔵している。ＴＰＣ制御回路３００ａは、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。また、例えば、アナログ回路やデジタル回路等のハードウェアによって構成されるものであってもかまわない。
本実施形態は、比較回路２２、起動回路２４、第２の演算回路２６の動作、および、その動作を実現する構成が異なる点以外は第２の実施形態と同様である。したがって、第２の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
電力増幅器２００は、ＴＰＣ制御回路３００ａからのＴＰＣ制御信号により、送信電力を変化させる。ＴＰＣ制御信号は、起動回路２４および第２の演算回路２６にも伝達される。ＴＰＣ制御信号は、インピーダンス可変整合回路１２に入力される電力の増幅に関する情報を含む。
比較回路２２は、第１の演算回路１８と制御回路２０との間に接続される。比較回路２２は、第１の演算回路１８で算出されるアンテナ１０の電力値の変化量と所定の閾値（ε）を比較する。この比較は、電力の変化量がインピーダンス整合動作をすべき大きさか否かを判定するために行われる。
起動回路２４は、比較回路２２と制御回路２０との間に接続される。起動回路２４は、比較回路２２の比較結果と、ＴＰＣ制御信号に基づき、制御回路２０を起動させる。
例えば、比較回路２２において電力値の変化量が閾値以上と判定され、かつ、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令していない場合、状態変化または環境変化による不整合が生じていると起動回路２４が判断する。そして、起動回路２４は制御回路２０を起動させ、インピーダンス整合の動作を開始する。
一方、例えば、比較回路２２において電力値の変化量が閾値未満と判定される場合、または、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令している場合は、電力値の変化量が小さいか、電力値の変化が利得変化によると起動回路２４が判断する。そして、起動回路２４は制御回路２０を起動させず、インピーダンス整合の動作を行わない。
第２の演算回路２６は、例えば、電力検出器１６と制御回路２０との間に接続される。第２の演算回路２６は、ＴＰＣ制御信号に基づき、電力検出器１６で検出された電力値の変化量に対し所定のバイアス値を加算または減算する。第２の演算回路２６は、例えば、マイクロコンピュータのようなハードウェアと、半導体メモリに記憶されるソフトウェアとの組み合わせにより実現される。
例えば、ＴＰＣ制御信号が、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令している場合は、利得変化による変化を打ち消すために、電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する。このバイアス値は、例えば、電力増幅器２００の最小利得可変幅である。制御回路２０は、所定のバイアス値が加算または減算された変化量に基づき、インピーダンス可変整合回路１２を制御する。
一方、ＴＰＣ制御信号が、ＴＰＣ制御信号が電力増幅器２００による増幅を指令していない場合、第２の演算回路２６はバイアス値の加算または減算を行わない。
本実施形態によれば、起動回路２４がＴＰＣ制御回路３００ａからのＴＰＣ制御信号により、利得変化による電力値の変化が生じているか否かを判断する。したがって、より高い精度でインピーダンス自動整合の要否を判断できる。よって、一層、安定したインピーダンス自動整合が実現される。
また、本実施形態によれば、インピーダンス整合の動作中にＴＰＣが行われ、電力増幅器２００による電力の増減が生じたとしても、ＴＰＣ制御回路３００ａからのＴＰＣ制御信号により、第２の演算回路２６がこの利得変化による電力変化の有無を高い精度で判断する。さらに、利得変化による電力値の変化を、適切なバイアス値を検出された電力値に加減することにより補償する。したがって、状態変化または環境変化による電力値の変化に基づき、インピーダンス整合動作を実行することが可能となる。よって、不必要な動作を排除して効率的なインピーダンスの自動整合が可能となる。また、インピーダンスの自動整合における誤動作を抑制することが可能となる。
そして、本実施形態では、利得変化による電力値の変化をＴＰＣ制御信号により直接判定できる。このため、制御回路２０によりインピーダンス可変整合回路１２を制御する際の電力値の最小変化幅と、電力増幅器２００の最小利得可変幅との大小関係に、特に制約を設けなくとも、利得変化の有無の変化が容易に実現できる。したがって、無線通信装置の設計の自由度があがる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換えまたは変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ アンテナ
１０ａ 給電点
１０ｂ 端部
１２ インピーダンス可変整合回路
１４ プローブ
１６ 電力検出器
１８ 第１の演算回路
２０ 制御回路
２２ 比較回路
２４ 起動回路
２６ 第２の演算回路
２８ 記憶素子
３０ 第１の電力検出器
３２ 第２の電力検出器
１００ アンテナ装置
２００ 電力増幅器
３００ 無線機

Claims (21)

  1. アンテナと、
    前記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、
    前記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、
    前記プローブに接続される電力検出器と、
    前記電力検出器に接続され、前記電力検出器により測定される電力値に基づき前記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、
    前記電力検出器に接続され、前記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、
    前記変化量と所定の数値範囲を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、
    前記比較回路の判断結果に基づき、前記制御回路を起動させる起動回路と、
    を備えるアンテナ装置。
  2. 前記比較回路の判断結果に基づき、前記電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する第２の演算回路を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 前記電力検出器により測定される電力値の増減方向が同一方向の間は、前記制御回路が同一方向に前記インピーダンス可変整合回路のインピーダンスを変化させ、前記電力検出器により測定される電力値の増減方向が変化した場合は、前記制御回路が逆方向に前記インピーダンス可変整合回路のインピーダンスを変化させ、インピーダンスの変化方向の変化を所定の回数繰り返した場合に前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
  4. 前記アンテナ装置で使用される無線周波数と、前記インピーダンス可変整合回路の最適インピーダンス状態との関係を記憶する記憶素子を、さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のアンテナ装置。
  5. 前記アンテナが、給電点と前記給電点と離間した端部を備え、前記アンテナの端部と前記プローブの先端との距離が、前記アンテナ装置で使用される最大無線周波数に対応する波長の８分の１以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のアンテナ装置。
  6. 前記比較回路が前記変化量と所定の数値範囲を比較し、前記第１の演算回路が、前記変化量の算出を繰り返し、前記変化量が前記所定の数値範囲と一致しなかった後、初めて前記変化量が前記所定の数値範囲と一致した際に、前記起動回路が前記制御回路を起動させることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載のアンテナ装置。
  7. アンテナと、前記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、前記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、前記プローブに接続される電力検出器と、前記電力検出器に接続され、前記電力検出器により測定される電力値に基づき前記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、前記電力検出器に接続され、前記電力検出器により測定される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、前記変化量と所定の数値範囲を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、前記比較回路の判断結果に基づき、前記制御回路を起動させる起動回路と、を備えるアンテナ装置と、
    前記インピーダンス可変整合回路の、前記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、
    前記インピーダンス可変整合回路と前記無線機との間に接続される電力増幅器を有することを特徴とする無線通信装置。
  8. 前記比較回路の判断結果に基づき、前記変化量に対し所定のバイアス値を加算または減算する第２の演算回路を、さらに備えることを特徴とする請求項７記載の無線通信装置。
  9. 前記制御回路により前記インピーダンス可変整合回路を制御する際の電力値の最小変化幅が、前記電力増幅器の最小利得可変幅よりも小さいとことを特徴とする請求項８記載の無線通信装置。
  10. アンテナと、
    前記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、
    前記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、
    前記プローブに接続される第１の電力検出器と、
    前記第１の電力検出器に接続され、前記第１の電力検出器により測定される電力値に基づき前記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、
    前記インピーダンス可変整合回路の、前記アンテナに対して反対側に接続される第２の電力検出器と、
    前記第１の電力検出器により測定される第１の電力値と、前記第２の電力検出器により測定される第２の電力値を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、
    前記比較回路の判断結果に基づき、前記制御回路を起動させる起動回路と、
    を備えるアンテナ装置。
  11. 前記比較回路の判断結果に基づき、前記第１の電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する演算回路を、さらに備えることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。
  12. 前記第１および第２の電力検出器が対数ピーク検出器であることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載のアンテナ装置。
  13. 前記第１の電力検出器により測定される電力値の増減方向が同一方向の間は、前記制御回路が同一方向に前記インピーダンス可変整合回路のインピーダンスを変化させ、前記第１の電力検出器により測定される電力値の増減方向が変化した場合は、前記制御回路が逆方向に前記インピーダンス可変整合回路のインピーダンスを変化させ、インピーダンスの変化方向の変化を所定の回数繰り返した場合に前記制御回路の動作を停止することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２いずれか一項記載のアンテナ装置。
  14. 前記アンテナ装置で使用される無線周波数と、前記インピーダンス可変整合回路の最適インピーダンス状態との関係を記憶する記憶素子を、さらに備えることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３いずれか一項記載のアンテナ装置。
  15. 前記アンテナが、給電点と前記給電点と離間した端部を備え、前記端部と前記プローブの先端との距離が、前記アンテナ装置で使用される最大無線周波数に対応する波長の８分の１以下であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４いずれか一項記載のアンテナ装置。
  16. 前記比較回路が減算回路を含むことを特徴とする請求項１２記載のアンテナ装置。
  17. アンテナと、前記アンテナに接続されるインピーダンス可変整合回路と、前記アンテナから放射される電力を受信するプローブと、前記プローブに接続される第１の電力検出器と、前記第１の電力検出器に接続され、前記第１の電力検出器により測定される電力値に基づき前記インピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、前記インピーダンス可変整合回路の前記アンテナに対して反対側に接続される第２の電力検出器と、前記第１の電力検出器により測定される第１の電力値と、前記第２の電力検出器により測定される第２の電力値を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、前記比較回路の判断結果に基づき、前記制御回路を起動させる起動回路と、を備えるアンテナ装置と、
    前記インピーダンス可変整合回路の、前記アンテナに対して反対側に接続される無線機と、
    前記インピーダンス可変整合回路と前記無線機との間に接続される電力増幅器を有することを特徴とする無線通信装置。
  18. 前記比較回路の判断結果に基づき、前記第１の電力値に対し所定のバイアス値を加算または減算する演算回路を、さらに備えることを特徴とする請求項１７記載の無線通信装置。
  19. 前記第１および第２の電力検出器が対数ピーク検出器であることを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の無線通信装置。
  20. 前記比較回路が減算回路を含むことを特徴とする請求項１９記載の無線通信装置。
  21. アンテナから放出される電力をプローブで受信するアンテナ装置に接続された制御装置であって、
    前記プローブで受信される電力値に基づき前記アンテナに接続されたインピーダンス可変整合回路を制御する制御回路と、
    前記プローブで受信される電力値の変化量を算出する第１の演算回路と、
    前記変化量と所定の数値範囲を比較し、電力の変化が電力増幅器の利得変化に起因するか否かを判断する比較回路と、
    前記比較回路の判断結果に基づき、前記制御回路を起動させる起動回路と、
    を備える制御装置。
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