(57)【要約】【課題】送受信回路の構成を容易にすることで、無線通信装置の製造コストの低減を図る。【解決手段】無線通信装置１００は、電磁波と高周波信号を相互に変換するアンテナ部６０と、高周波信号を送受信する送受信回路２０と、高周波信号が所定の強度で送受信される場合、送受信回路２０とアンテナ部６０とのインピーダンスを整合する小電力用整合回路４０と、所定の強度よりも強い強度で送信される場合はインピーダンスを整合し、強い強度で受信される場合はインピーダンスを不整合とする大電力用整合回路４２と、送受信回路２０が送受信する高周波信号の強度が一定の強度以上の場合、大電力用整合回路４２を選択し、送受信回路２０が送受信する高周波信号の強度が一定の強度未満の場合、小電力用整合回路４０を選択することにより、選択した整合回路を介してアンテナ部６０と送受信回路２０とを接続する整合回路選択部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波と高周波信号を相互に変換するアンテナと、
前記高周波信号を送受信する送受信回路と、
前記高周波信号が所定の強度で送受信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを整合する第１の整合回路と、
前記高周波信号が前記所定の強度よりも強い強度で送信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを整合し、前記高周波信号が前記強い強度で受信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを不整合とする第２の整合回路と、
前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度が一定の強度以上の場合、前記第２の整合回路を選択し、前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度が前記一定の強度未満の場合、前記第１の整合回路を選択することにより、選択した前記整合回路を介して前記アンテナと前記送受信回路とを接続する整合回路選択部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記整合回路選択部は、
前記アンテナと前記送受信回路とを接続する前記整合回路を切り替える切り替え部と、
前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度に関する情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記切り替え部に対して前記整合回路の切り替えを指示する切り替え指示部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信装置において、
前記情報取得部は、前記アンテナに入出力する前記高周波信号の強度に関する情報を取得することを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
請求項２に記載の無線通信装置において、
前記情報取得部は、前記送受信回路が受信する前記高周波信号の強度に関する情報と、前記送受信回路が送信する前記高周波信号の強度に関する情報と、を取得することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記送受信回路の受信方式は、スーパーヘテロダイン方式であり、
前記送受信回路が受信する前記高周波信号の強度が前記一定値以上の場合、前記送受信回路は、中間周波信号を生成する２つの局発周波数のうち、前記第２の整合回路で整合することで整合状態が悪化する前記局発周波数を選択することを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記第１の整合回路および前記第２の整合回路の少なくとも１つは、容量が可変なコンデンサーの前記容量を変化させることにより実現することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信装置の小型化や軽量化を図るためには、無線通信装置において大きな容積を占める電源部の小型化や軽量化が必要であると共に、消費電力を抑えるべく、送受信時におけるアンテナとのインピーダンスを効率良く整合し、送受信する高周波信号の強度に因らず、高周波信号を効率良く伝送することが重要である。
送信時におけるインピーダンスを効率良く整合する方法については、下記特許文献１に示すように、高周波信号の出力電力に応じて変化する出力インピーダンスに対応して、整合回路の特性を出力電力に応じて変化させる方法が提案されている。また、受信した高周波信号の入力電力を適切に調整するための方法は、下記特許文献２に示すように、受信した高周波信号の入力電力が強力である場合、受信した高周波信号をアッテネータ等で減衰させることにより、高周波信号を適切な強度にすることで、受信回路の素子の劣化や、受信回路の飽和を防止する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４５５９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００１８４０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した機能を無線通信装置に備える場合、小電力送受信時の整合回路と大電力送信時の整合回路、および整合回路を切り替えるスイッチ機能に加えて、大電力受信時のアッテネータと、大電力受信時にアッテネータに切り替えるスイッチ機能が更に必要であり、送受信回路を構成するための部品数が増大することで、送受信回路の構成が複雑になり、製造コストも上昇した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
本適用例にかかる無線通信装置は、電磁波と高周波信号を相互に変換するアンテナと、前記高周波信号を送受信する送受信回路と、前記高周波信号が所定の強度で送受信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを整合する第１の整合回路と、前記高周波信号が前記所定の強度よりも強い強度で送信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを整合し、前記高周波信号が前記強い強度で受信される場合、前記送受信回路と前記アンテナとのインピーダンスを不整合とする第２の整合回路と、前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度が一定の強度以上の場合、前記第２の整合回路を選択し、前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度が前記一定の強度未満の場合、前記第１の整合回路を選択することにより、選択した前記整合回路を介して前記アンテナと前記送受信回路とを接続する整合回路選択部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、第１の整合回路は、高周波信号が所定の強度で送受信される場合においては、送受信回路とアンテナとのインピーダンスを整合することにより、高周波信号を効率良く伝送する。また、第２の整合回路は、高周波信号が所定の強度よりも強い強度で送信される場合においては、送受信回路とアンテナとのインピーダンスを整合し、高周波信号が所定の強度よりも強い強度で受信される場合においては、送受信回路とアンテナとのインピーダンスを不整合とする。これにより、第２の整合回路は、強い強度で送信する高周波信号を送受信回路からアンテナに効率良く伝送し、強い強度で受信する高周波信号の強度を減衰して送受信回路に伝送する。また、整合回路選択部は、送受信回路が送受信する高周波信号の強度が一定の強度以上の場合、第２の整合回路を選択し、送受信回路が送受信する高周波信号の強度が一定の強度未満の場合、第１の整合回路を選択する。従って、２つの整合回路と、１つの整合回路選択部により、送受信時において高周波信号の強度に因らず高周波信号を適切に伝送することができることから、送受信回路の構成が容易になり、無線通信装置の製造コストを低減できる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例にかかる無線通信装置において、前記整合回路選択部は、前記アンテナと前記送受信回路とを接続する前記整合回路を切り替える切り替え部と、前記送受信回路が送受信する前記高周波信号の強度に関する情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記切り替え部に対して前記整合回路の切り替えを指示する切り替え指示部と、を備えることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、送受信回路が送受信する高周波信号の強度に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、整合回路を切り替えることができる。
【００１０】
［適用例３］
上記適用例にかかる無線通信装置において、前記情報取得部は、前記アンテナに入出力する前記高周波信号の強度に関する情報を取得しても良い。
【００１１】
［適用例４］
上記適用例にかかる無線通信装置において、前記情報取得部は、前記送受信回路が受信する前記高周波信号の強度に関する情報と、前記送受信回路が送信する前記高周波信号の強度に関する情報と、を取得しても良い。
【００１２】
［適用例５］
上記適用例にかかる無線通信装置において、前記送受信回路の受信方式は、スーパーヘテロダイン方式であり、前記送受信回路が受信する前記高周波信号の強度が前記一定値以上の場合、前記送受信回路は、中間周波信号を生成する２つの局発周波数のうち、前記第２の整合回路で整合することで整合状態が悪化する前記局発周波数を選択することが好ましい。
このような構成によれば、中間周波信号を生成する２つの局発周波数のうち、第２の整合回路で整合することで整合状態が悪化する局発周波数が選択されるため、局発漏洩の抑制効果をより大きくすることができる。
【００１３】
［適用例６］
上記適用例にかかる無線通信装置において、前記第１の整合回路および前記第２の整合回路の少なくとも１つは、容量が可変なコンデンサーの前記容量を変化させることにより実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態１に係る無線通信装置の回路例を示す図。
【図３】コイルおよびコンデンサーの特性を決定する手順を示す図。
【図４】本発明の実施形態２に係る無線通信装置の構成を示す図。
【図５】本発明の実施形態３において、局発周波数を選択する手順を示す図。
【図６】本発明の実施形態３において、スーパーヘテロダイン方式を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、無線通信装置について図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１である無線通信装置１００の構成を示す説明図である。この無線通信装置１００は、アプリケーション部１０、送受信回路２０、切り替え部３０Ａ，３０Ｂ、切り替え指示部３５、小電力用整合回路４０、大電力用整合回路４２、信号レベル取得部５０およびアンテナ部６０を備え、他の無線通信装置１００との間で情報を送受信することができる。この中で、切り替え部３０Ａ，３０Ｂ、切り替え指示部３５および信号レベル取得部５０は、整合回路選択部を構成する。
アプリケーション部１０は、無線通信装置１００を介して送信するアプリケーションデータを生成すると共に、他の無線通信装置１００から送信されるアプリケーションデータの表示や記録を行う。このようなアプリケーションデータは、センサーや計測装置の測定データや、画像や音声のようなマルチメディアの情報データ等を想定する。
送受信回路２０は、ベースバンド部２２と、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２４を備え、無線通信を行うための信号処理を行う。ベースバンド部２２は、デジタル信号処理を行うことにより、アプリケーションデータとベースバンド信号の変換処理を相互に行う。このデジタル信号処理は、誤り訂正処理、変調および復調処理、Ｄ／Ａ変換およびＡ／Ｄ変換処理、フィルタリング処理等を含む。また、ＲＦ部２４は、送信時においては、ベースバンド信号を高周波信号に変調し、受信時においては、高周波信号をベースバンド信号に復調する。尚、本実施形態１では、ＲＦ部２４の送受信端子を共通化しているが、これに限定されるものではなく、送信用端子と受信用端子とが分離されていても良い。
【００１７】
アンテナ部６０は、高周波信号と電磁波（電波）との相互変換を行う。即ち、送信時においては、高周波信号を所定の周波数の電波に変換して空中に放射し、受信時においては、所定の周波数の電波を空中から受けて高周波信号に変換する。
小電力用整合回路４０と大電力用整合回路４２は、送受信回路２０が送信する際に変動する出力インピーダンス（ダイナミックインピーダンス）をアンテナ部６０の固有インピーダンスに整合する。より詳細には、小電力用整合回路（第１の整合回路）４０は、送受信回路２０において設計事項として導ける所定の強度（電力）で送受信する際の入出力インピーダンスを想定している。また、大電力用整合回路（第２の整合回路）４２は、高周波信号が所定の強度よりも強く、設計事項として導ける強度（大電力）で送信する際の出力インピーダンスを想定している。更に、大電力用整合回路４２のインピーダンスは、所定の強度よりも強い高周波信号を受信した場合、アンテナ部６０の固有インピーダンスに対して不整合となるように設計されている。尚、本実施形態１では、整合状態を示す電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）が、１．５以下を整合状態とし、２．５以上を不整合状態とするが、これに限定されるものではない。また、切り替え部３０Ａ，３０Ｂは、切り替え指示部３５からの指示に応じて、送受信回路２０が送受信する際の整合回路を、小電力用整合回路４０または大電力用整合回路４２の何れかに切り替える。
【００１８】
信号レベル取得部５０は、アンテナ部６０と接続され、アンテナ部６０を介して送受信する高周波信号の信号レベルを取得し、取得した信号レベルの情報を切り替え指示部３５に送る情報取得部である。
切り替え指示部３５は、信号レベル取得部５０から送られる信号レベルの情報に基づいて、小電力用整合回路４０および大電力用整合回路４２の何れかを採用するかを判断し、判断した結果に基づいて、切り替え部３０Ａ，３０Ｂに対して切り替え指示を送る。尚、小電力用整合回路４０に切り替えるか、または大電力用整合回路４２に切り替えるかの判断基準は、次のように決めても良い。即ち、送受信する高周波信号の信号レベルが、送信最大電力に対して、−５ｄＢから−１５ｄＢのうちの予め決められた値以下になった場合、小電力用整合回路４０に切り替え、それ以上の場合は大電力用整合回路４２に切り替える。
【００１９】
図２は、送受信回路２０、小電力用整合回路４０、大電力用整合回路４２および切り替え部３０を含む回路例を示す。この図２では、切り替え部３０が非導通な状態である時、図１の小電力用整合回路４０が選択され、切り替え部３０が導通した状態である時、図１の大電力用整合回路４２が選択されるように対応付けされている。送受信回路２０は、上述した機能を集積化した送受信用ＩＣ２５を想定する。また、アンテナ部６０の固有インピーダンスは５０Ωを想定する。
最初に、送受信回路２０が高周波信号を送受信する際、切り替え部３０が非導通な状態である時、即ち、小電力用整合回路４０が選択されている場合の回路を想定する。この場合、小電力用整合回路４０は、コイル４４および第１のコンデンサー４６が該当する。送受信用ＩＣ２５の入出力インピーダンスＺは、５０Ωより一般的には低いので、コイル４４および第１のコンデンサー４６を適切に選ぶことにより整合する。
【００２０】
ここで、コイル４４および第１のコンデンサー４６を選択する手順について、図３を参照して説明する。この図３は公知のイミタンスチャートの一部であり、この図３に基づいて、コイル４４および第１のコンデンサー４６を選択する手順を説明する。尚、以降述べるインピーダンスは、正規化インピーダンスを示す。
先ず、送受信用ＩＣ２５において、受信時の入力インピーダンスが、Ｚ３（０．３＋ｊ０．２４）であり、小電力な信号レベルの高周波信号を送信時の出力インピーダンス（以降、第１のインピーダンスと呼ぶ。）も、Ｚ３（０．３＋ｊ０．２４）であったとする。ここで、コイル４４のインダクタンス分を０．２２動かすことにより、第１のインピーダンスはＺ４（０．３＋ｊ０．４６）になる。更に、第１のコンデンサー４６のキャパシタンス分を１．５動かすことにより、第１のインピーダンスをＺ５（１．０＋ｊ０．０）、即ち、アンテナ部６０のインピーダンスに整合させることができる。
【００２１】
次に、送信する信号レベルが大電力であるために、大電力用整合回路４２が選択されている場合の回路を想定する。この場合、大電力用整合回路４２は、コイル４４、第１のコンデンサー４６および第２のコンデンサー４８が該当する。ここで、大電力な信号レベルの高周波信号を送信時の出力インピーダンス（以降、第２のインピーダンスと呼ぶ。）がＺ１（０．１＋ｊ０．０８）であったとする。上述したように、コイル４４のインダクタンス分を０．２２動かすことにより、第２のインピーダンスはＺ２（０．１＋ｊ０．３）になる。更に、第１のコンデンサー４６のキャパシタンス分を１．５動かすことにより、第２のインピーダンスはＺ４（０．３＋ｊ０．４６）となる。第１のコンデンサー４６のみの状態における電圧定在波比は、およそ４．１となって大きく不整合となる。
【００２２】
ここで、第１のコンデンサー４６と第２のコンデンサー４８により、キャパシタンス分を３．０動かすことにより、第２のインピーダンスをＺ５（１．０＋ｊ０．０）、即ち、アンテナ部６０のインピーダンスに整合させることができる。
他方で、受信する信号レベルが大電力であるために、大電力用整合回路４２が選択されている場合、受信時の入力インピーダンス（以降、第３のインピーダンスと呼ぶ。）はＺ６（０．３−ｊ０．４６）となり、ＶＳＷＲはおよそ４．１となって大きく不整合となり、信号損失を招く。しかしながら、受信する信号レベルは大電力であるため、受信性能は悪化することなく、逆に、入力信号に対する減衰機能部として動作するため、受信する信号レベルは抑制され、送受信用ＩＣ２５の機能劣化や飽和等を回避できる。
【００２３】
尚、第１のコンデンサー４６および第２のコンデンサー４８の少なくとも１つのキャパシタンスは、特性値がそれぞれ固定された様態には限定されず、可変容量ダイオード等を用いて可変しても良い。また、小電力用整合回路４０および大電力用整合回路４２がそれぞれコイル４４と第１のコンデンサー４６を備え、切り替える様態であっても良い。
また、本実施形態１で述べた無線通信装置１００を適用するシステムは、限定されるものではなく、どのような様態のシステムに対しても適用できる。例えば、腕時計型の携帯情報端末と、この携帯情報端末に電力を供給するためのクレードル装置の両者に適用しても良い。この場合、携帯情報端末とクレードル装置は相互に通信を行い、携帯情報端末がユーザーの腕に装着されている場合、即ち、互いの通信距離が遠距離である場合、携帯情報端末およびクレードル装置は、送信時には大電力用整合回路４２を選択し、受信時には小電力用整合回路４０を選択することが想定される。また、携帯情報端末がクレードル装置に接続されている場合、即ち、互いの通信距離が近距離である場合、携帯情報端末およびクレードル装置は、送信時には小電力用整合回路４０を選択し、受信時には大電力用整合回路４２を選択することが想定される。
【００２４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について、図４を参照して説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同じ部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
実施形態１では、アンテナ部６０と接続した信号レベル取得部５０が取得する信号レベルに応じて、切り替え指示部３５が小電力用整合回路４０および大電力用整合回路４２の何れかへの切り替えを判断した。本実施形態２では、信号レベル取得部５０に替えて、情報取得部として受信ＩＦ信号レベル取得部５５を備える。受信ＩＦ信号レベル取得部５５は、受信時の信号レベルを送受信回路２０から取得し、取得した信号レベルの情報を切り替え指示部３５に送る。
また、無線通信装置１００において、送受信の切り替えや、送信時の出力信号レベルを指示する制御部７０は、送受信回路２０に対して大電力送信を指示する場合、大電力送信を示す情報を切り替え指示部３５に送り、送受信回路２０に対して小電力送信を指示する場合、小電力送信を示す情報を切り替え指示部３５に送る。尚、制御部７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えて構成される。
【００２５】
切り替え指示部３５は、受信時の信号レベルが一定値よりも大きいか、または大電力送信を示す情報が制御部７０から送られた場合、送受信時に大電力用整合回路４２に切り替えるべく、切り替え部３０Ａ，３０Ｂに対して切り替え指示を送る。他方で、切り替え指示部３５は、受信時の信号レベルが一定値よりも小さいか、または小電力送信を示す情報が制御部７０から送られた場合、送受信時に小電力用整合回路４０に切り替えるべく、切り替え部３０Ａ，３０Ｂに対して切り替え指示を送る。本実施形態２では、切り替え部３０Ａ，３０Ｂ、切り替え指示部３５、受信ＩＦ信号レベル取得部５５および制御部７０は、整合回路選択部を構成する。
以上述べた実施形態２によれば、実施形態１で述べた効果と同様な効果を奏する。
【００２６】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について、図５および図６を参照して説明する。本実施形態３では、送受信回路２０の受信方式は、図６に示すようなスーパーヘテロダイン方式である。この場合、切り替え部３０Ａから送受信回路２０のＲＦ部２４に入った高周波信号（ＲＦ信号）は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８６で増幅された後、混合器（ＭＩＸ）８２に送られる。この混合器８２は、入力したＲＦ信号の周波数と、局部発振器（ＬＯ）８４が生成する局発信号の周波数とを混合することで、一定の周波数（中間周波数）を有するＩＦ（中間周波：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する。混合器８２で生成されたＩＦ信号は、ＩＦフィルター８０に送られて、中間周波数以外の信号が除去された後、ベースバンド信号としてベースバンド部２２に送られる。この場合、無線通信装置１００は、実施形態１の構成であっても良く、実施形態２の構成であっても良い。
【００２７】
実施形態１で述べたように、受信する信号レベルが大電力である場合、大電力用整合回路４２が選択され、第３のインピーダンスはＺ６（０．３−ｊ０．４６）となる。これは、ＲＦ信号のインピーダンス値であり、このＲＦ信号の周波数を中心として、ＩＦ信号の周波数を加算、もしくは減算することで得られる局発信号の周波数、即ち、上側局発周波数、もしくは下側局発周波数のインピーダンスを図５に示したイミタンスチャートから求めると、上側局発周波数がＺ８となり、下側局発周波数がＺ７となる。
従って、送受信回路２０は２つの局発周波数で整合状態がより悪い上側局発周波数を採用することにより、送受信回路２０とアンテナ部６０間の損失が更に増大し、局発信号がアンテナ部６０や無線通信装置１００の外部に漏洩することを抑制できるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００２８】
１０…アプリケーション部、２０…送受信回路、２２…ベースバンド部、２４…ＲＦ部、２５…送受信用ＩＣ、３０，３０Ａ，３０Ｂ…切り替え部、３５…切り替え指示部、４０…小電力用整合回路、４２…大電力用整合回路、４４…コイル、４６…第１のコンデンサー、４８…第２のコンデンサー、５０…信号レベル取得部、５５…受信ＩＦ信号レベル取得部、６０…アンテナ部、７０…制御部、８０…ＩＦフィルター、８２…ＭＩＸ、８４…ＬＯ、８６…ＬＮＡ、１００…無線通信装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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