(57)【要約】【課題】条件の変化が生じた場合であっても、インピーダンス整合の再調整を簡易に実行したい。【解決手段】端末装置は、複数のアンテナ素子３２を備える。導体３４は、複数のアンテナ素子３２の近傍に配置される。また、可変リアクタンス素子３６は、導体３４に接続される。第１通信部２２および第２通信部２６は、複数のアンテナ素子３２に接続される。制御部２４は、端末装置の状態に応じて、可変リアクタンス素子３６のリアクタンス値を設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えた無線装置であって、
前記複数のアンテナ素子のうちの少なくともひとつの近傍に配置された導体に接続した可変リアクタンス素子と、
前記複数のアンテナ素子に接続した通信部と、
本無線装置の状態に応じて、前記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する制御部と、
を備えることを特徴とする無線装置。
【請求項２】
前記通信部は、複数の周波数帯のうちのいずれかを選択して通信を実行し、
前記制御部は、前記通信部において選択された周波数帯に応じて、リアクタンス値を設定することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
本無線装置の形状を変化させる機構部をさらに備え、
前記制御部は、前記機構部による本無線装置の形状に応じて、リアクタンス値を設定することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
【請求項４】
前記制御部は、
本無線装置によって実現されうる複数の状態のそれぞれに対応したリアクタンス値を記憶する記憶部と、
本無線装置の状態を検出する検出部と、
前記検出部において検出した状態をもとに、前記記憶部からリアクタンス値を特定する特定部とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信技術に関し、特に複数のアンテナ素子を備えた無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信では、伝搬損失が少なくほど、高速データ伝送が可能になるような方式が採用されることもある。その場合、アンテナの指向性利得の向上が要求される。アンテナの指向性利得を向上させるために、例えば、複数のアンテナが備えられ、それらから放射される電波が、所定の方向にて波面が合うように、アンテナの位相量が調節される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３５３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
端末装置に対するアンテナの指向性利得を向上させるために、複数のアンテナ素子の搭載が端末装置にも要求される。複数のアンテナ素子によって形成されたアンテナは、「アレーアンテナ」と呼ばれることもある。一方、端末装置には、筐体の小型化も要求される。これらの要求を満たすためには、アレーアンテナを端末装置に搭載する場合、アンテナ素子の間隔を狭くすべきである。一般的に、アンテナ素子間隔が狭い小型のアレーアンテナは、素子間相互結合の影響を受けやすくなる。
【０００４】
そのため、アレー給電素子と伝送線路間のインピーダンス整合が、素子間結合がない場合における設計値からずれた状態になる。その結果、アレー給電素子の放射電力に損失が発生し、信号対雑音比の低下を招くとともに、通信チャネル容量が低下する。したがって、素子間相互結合を含む状態でのインピーダンス整合を再調整することが必要となる。また、筐体の形状が変化する端末装置や、複数の周波数を使用可能な端末装置が存在する。これらの条件が変わることによって、素子間相互結合の程度も変わるので、各条件に対応したインピーダンス整合の再調整が必要になる。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、条件の変化が生じた場合であっても、インピーダンス整合の再調整を簡易に実行する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、複数のアンテナ素子を備えた無線装置であって、複数のアンテナ素子のうちの少なくともひとつの近傍に配置された導体に接続した可変リアクタンス素子と、複数のアンテナ素子に接続した通信部と、本無線装置の状態に応じて、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する制御部と、を備える。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、条件の変化が生じた場合であっても、インピーダンス整合の再調整を簡易に実行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施例を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、アレーアンテナを搭載した端末装置に関する。ここで、端末装置には、ふたつの前提がある。ひとつ目の前提は、端末装置の筐体の形状が変化することである。例えば、端末装置は、ふたつの筐体によって構成されており、またふたつの筐体は、ヒンジにて接続されている。このような構成によって、端末装置では、ヒンジを中心にして、ふたつの筐体が開閉する。また、ふたつの筐体がスライド機構によって接続されており、ふたつの筐体が重なったり、ずれたりする。以下の実施例では、前者を説明の対象とする。
【００１０】
また、ふたつ目の前提は、周波数帯の異なったふたつの通信システムに対応することである。例えば、端末装置は、第３世代携帯電話システムと、ＩＥＥＥ８０２．１６規格に準拠した通信システムとに対応する。その場合、端末装置は、前者に対応した２ＧＨｚ帯における通信と、後者に対応した２．５ＧＨｚ帯における通信とを実行する。なお、端末装置は、ＧＳＭのように、ひとつの通信システムでありながら、複数の周波数帯を使用する場合に適用されてもよい。このような端末装置にアレーアンテナを搭載する場合、素子間相互結合のために、インピーダンス整合の調整が必要になる。さらに、前述のごとく、使用状態や周波数が変わるので、それぞれに応じたインピーダンス整合の調整が必要になる。このような調整を簡易にするために、本実施例に係る端末装置は、次の処理を実行する。
【００１１】
端末装置は、各アンテナ素子の近傍に導体を備え、導体に可変リアクタンス素子を接続する。また、端末装置は、使用状態や周波数のそれぞれに適したリアクタンス値を予め記憶しており、現在の使用状態や周波数を検出すると、それに対応したリアクタンス値を可変リアクタンス素子に設定する。ここで、リアクタンス値は、実験やシミュレーション等によって予め取得されている。
【００１２】
図１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例に係る端末装置１００の外観を示す斜視図である。端末装置１００は、第１筐体１０、第２筐体１２、ヒンジ１４、モニタ１６、ボタン１８を含む。図１（ａ）は、端末装置１００を通話に使用する場合の態様に相当する。以下では、このような状態を「開状態」という。ヒンジ１４を中心にして、一方に第１筐体１０が備えられ、他方に第２筐体１２が備えられる。第１筐体１０には、モニタ１６が備えられており、モニタ１６は、電子メール等の各種情報を表示する。一方、第２筐体１２には、ボタン１８が備えられており、ボタン１８は、各種情報をユーザから受けつける。また、第２筐体１２の内部には図示しないアレーアンテナが備えられている。また、アレーアンテナは、第１筐体１０の内部に備えられていてもよい。
【００１３】
図１（ｂ）は、端末装置１００を閉じている場合の態様に相当する。以下では、このような状態を「閉状態」に相当する。例えば、閉状態は、データ等をダウンロードする際に使用される。図１（ａ）でのヒンジ１４を中心に第１筐体１０を回転させることによって、端末装置１００は図１（ｂ）の状態になる。図示のごとく、開状態と閉状態とで、第２筐体１２に対する第１筐体１０の相対的な位置が異なる。そのため、開状態と閉状態とで、図示しないアレーアンテナでの素子間相互結合の程度が異なる。素子間相互結合は、静電結合、電磁結合などの誘電現象に相当する。
【００１４】
図２は、第２筐体１２の構成を示す。第２筐体１２は、基板３８を含み、基板３８は、グランド領域２０、第１通信部２２、制御部２４、第２通信部２６、検出部２８、ＲＦ部３０と総称される第１ＲＦ部３０ａ、第２ＲＦ部３０ｂ、アンテナ素子３２と総称される第１アンテナ素子３２ａ、第２アンテナ素子３２ｂ、導体３４と総称される第１導体３４ａ、第２導体３４ｂ、可変リアクタンス素子３６と総称される第１可変リアクタンス素子３６ａ、第２可変リアクタンス素子３６ｂを含む。また、制御部２４は、受付部４０、記憶部４２、特定部４４、指示部４６を含む。図２は、第２筐体１２の内部の構成を示すので、ボタン１８の表示を省略する。
【００１５】
ヒンジ１４は、前述のごとく第２筐体１２と図示しない第１筐体１０に接続される。また、ヒンジ１４は、第２筐体１２と第１筐体１０とを回転させることによって、開状態と閉状態を実現する。つまり、ヒンジ１４によって、端末装置１００の形状が変化される。検出部２８は、端末装置１００の動作、特に形状を検出する。ここで、検出部２８は、開状態であるか閉状態であるかを検出する。検出部２８は、開状態になるとオンになるようなスイッチを有しており、オンになると「１」に対応したビットを制御部２４へ出力する。一方、検出部２８は、オフになると「０」に対応したビットを制御部２４へ出力する。以下において、当該ビットは「状態信号」と呼ばれる。
【００１６】
基板３８は、第２筐体１２の内部に設置されている。グランド領域２０は、基板３８上に設けられており、接地されている。ここで、グランド領域２０は、基板３８の中央部分に設けられている。ふたつのアンテナ素子３２は、基板３８上において、グランド領域２０の対角位置に設けられる。アンテナ素子３２は、図示のごとく「逆Ｆ型」の形状を有しており、３つの端部を有する。アンテナ素子３２のひとつ目の端部がグランド領域２０に接続され、ふたつ目の端部がＲＦ部３０に接続され、３つ目の端部が開放されている。なお、アンテナ素子３２とグランド領域２０とによって、逆Ｆ型の接地アンテナが実現されている。逆Ｆ型の接地アンテナは、公知の技術なので、ここでは詳細を省略する。また、アンテナ素子３２は、ＲＦ部３０と接続されることにより、無線信号が印加されるので、給電素子とも呼ばれる。
【００１７】
ふたつ導体３４は、基板３８上において、グランド領域２０の対角位置に設けられる。また、各導体３４は、各アンテナ素子３２の近傍に配置されている。具体的には、アンテナ素子３２とグランド領域２０とによって３方が囲まれた領域内に、導体３４が設けられている。また、導体３４は、図示のごとく「Ｌ型」の形状を有しており、ふたつの端部を有する。導体３４のひとつ目の端部がグランド領域２０に接続され、ふたつ目の端部が開放されている。また、導体３４の開放端は、アンテナ素子３２の開放端と同一の向きになっている。このような、導体３４は、無線信号が印加されないので、無給電素子とも呼ばれる。
【００１８】
ここで、第１アンテナ素子３２ａと第１導体３４ａとの間隔は、第１アンテナ素子３２ａと第２アンテナ素子３２ｂとの間隔よりも狭くなるように設計される。つまり、互いに対応したアンテナ素子３２と導体３４との間隔は、ふたつのアンテナ素子３２間隔よりも狭くなるように設計されている。具体的に説明すると、アンテナ素子３２同士の間隔をＬ１とし、導体３４とアンテナ素子３２の間隔のうち、最小の間隔をＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２の条件が規定される。なお、アンテナ素子３２が３つ以上設けられる場合は、アンテナ素子３２同士の間隔のうち最小の間隔をＬ１とすればよい。
【００１９】
可変リアクタンス素子３６は、導体３４とグランド領域２０との間に設けられる。つまり、導体３４は、可変リアクタンス素子３６を介してグランド領域２０に接続される。ここで、「リアクタンス素子」とは、受動素子を含み、リアクタンス素子に設定されるリアクタンス値により、インダクタンス性、もしくは、キャパシタンス性を有する。例えば、可変リアクタンス素子３６の一例は、バラクタやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）である。また、可変リアクタンス素子３６は、制御部２４からの指示に応じてリアクタンス値を変化させる。このようなリアクタンス値については、後述する。このような構成によって、ふたつの導体３４は、対応した可変リアクタンス素子３６のリアクタンス値によって、ふたつのアンテナ素子３２のそれぞれに対して導波器または反射器として動作する。可変リアクタンス素子３６がインダクタンス性を有する場合は導波器として動作し、また、キャパシタンス性を有する場合は反射器として動作する。
【００２０】
ＲＦ部３０は、３つの端子を有し、アンテナ素子３２、第１通信部２２、第２通信部２６と接続される。ＲＦ部３０は、送信動作として、第１通信部２２から無線信号を受けつけ、無線信号を増幅した後に、無線信号をアンテナ素子３２へ出力する。また、ＲＦ部３０は、別の送信動作として、第２通信部２６から無線信号を受けつけ、無線信号を増幅した後に、無線信号をアンテナ素子３２へ出力する。一方、ＲＦ部３０は、受信動作として、アンテナ素子３２から無線信号を受けつけ、無線信号を増幅した後に、無線信号を第１通信部２２および第２通信部２６へ出力する。なお、ＲＦ部３０は、受け付けた無線信号のあて先を特定し、特定結果に応じて、無線信号を第１通信部２２あるいは第２通信部２６へ出力してもよい。
【００２１】
第１通信部２２と第２通信部２６は、アンテナ素子３２を介して無線通信を実行する。ここで、第１通信部２２と第２通信部２６は、送信動作として、情報を受けつけ、情報を変調する。また、第１通信部２２と第２通信部２６は、変調信号を無線周波数に周波数変換することによって無線信号を生成し、無線信号をＲＦ部３０へ出力する。また、第１通信部２２と第２通信部２６は、受信動作として、ＲＦ部３０から無線信号を受けつけ、無線信号を周波数変換することによって、ベースバンド信号を生成する。また、第１通信部２２と第２通信部２６は、ベースバンド信号を復調し、復調結果である情報を出力する。
【００２２】
ここで、第１通信部２２と第２通信部２６とは、対応した通信システムが異なる。そのため、これらにおける変調処理、復調処理、無線周波数が異なる。例えば、第１通信部２２が第３世代携帯電話システムに対応し、第２通信部２６がＩＥＥＥ８０２．１６規格に準拠した通信システムに対応する。その場合、第１通信部２２における無線周波数は２ＧＨｚ帯であり、第２通信部２６における無線周波数は２．５ＧＨｚ帯である。ここで、制御部２４からの指示に応じて、第１通信部２２あるいは第２通信部２６が動作する。
【００２３】
制御部２４は、端末装置１００全体の動作を制御する。制御部２４は、第１通信部２２あるいは第２通信部２６の使用を決定し、その結果を第１通信部２２および第２通信部２６へ通知する。そのため、制御部２４は、２ＧＨｚ帯あるいは２．５ＧＨｚを選択して通信を実行する。また、制御部２４は、選択した結果を受付部４０にも通知する。受付部４０は、制御部２４から選択結果を受けつける。また、受付部４０は、検出部２８から状態信号を受けつける。そのため、受付部４０は、現在使用されている周波数帯および端末装置１００の形状を把握する。受付部４０は、選択結果および状態信号を特定部４４へ出力する。
【００２４】
記憶部４２は、可変リアクタンス素子３６に設定すべきリアクタンス値を記憶する。ここで、リアクタンス値は、現在使用されている周波数帯および端末装置１００の形状に対応するように、複数種類規定されている。図３は、記憶部４２に記憶されたテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、第１通信部欄２００、第２通信部欄２０２が含まれており、第１通信部欄２００は、第１通信部欄２００が使用されている場合に相当する。さらに、第１通信部欄２００が使用されてる場合に、端末装置１００の形状に応じて、開状態でのリアクタンス値と、閉状態でのリアクタンス値とが規定されている。この結果、周波数帯が２ＧＨｚ帯で開状態の場合に、リアクタンス値「ｘ１」が規定され、閉状態の場合に、リアクタンス値「ｘ３」が規定される。また、周波数帯が２．５ＧＨｚ帯で開状態の場合に、リアクタンス値「ｘ２」が規定され、閉状態の場合に、リアクタンス値「ｘ４」が規定される。図２に戻る。
【００２５】
このようなリアクタンス値は、ふたつのアンテナ素子３２の素子間相互結合を変化させるような所定の値に設定され、インピーダンス整合を補助する。具体的には、端末装置１００の形状や導体３４の設置位置などを考慮し、実験、シミュレーションなどによって得た値、経験則を用いて所定の値が設定される。また、リアクタンス値は、例えば、定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：以下、「ＶＳＷＲ」という）をもとに導出される。ＶＳＷＲとは、「入射波と反射波が重なってできた波の最大値と最小値の比」として定義されている。入射波と反射波の比は反射係数と呼ばれ、これをデシベルで表したものが「リターンロス」と呼ばれる。
【００２６】
通常、電波または電力は、送信／入力した電波／電力が１００％消費されるのではなく、必ず少なからずとも電力が戻って、または、跳ね返ってくる。その「送り」と「戻り」の関係がＶＳＷＲとなり、次のように示される。
ＶＳＷＲ  ＝  （入射波＋反射波）／（入射波−反射波）
これより、反射波が大きいほど、ＶＳＷＲが増大することが分かる。つまり、反射波の増加は、電波または電力の損失が大きく、システムに悪影響を与えることとなる。この反射波を０にするためには、インピーダンスを完全に整合する必要がある。したがって、インピーダンスが完全に整合されている場合、すなわち、ＶＳＷＲの理想値は１となる。
【００２７】
特定部４４は、受付部４０から選択結果および状態信号を受けつける。また、特定部４４は、現在の周波数帯、開状態であるか閉状態であるかを特定し、それをもとに記憶部４２を参照して、インダクタンス値を特定する。特定部４４は、特定したインダクタンス値を指示部４６へ出力する。指示部４６は、特定部４４からインダクタンス値を受けつけ、受けつけたインダクタンス値によって、可変リアクタンス素子３６のリアクタンス値を設定する。つまり、指示部４６は、端末装置１００の動作、つまり、選択された周波数帯や端末装置１００の形状に応じて、リアクタンス値を設定する。
【００２８】
以上の構成による制御部２４の動作を説明する。図４は、制御部２４による設定手順を示すフローチャートである。制御部２４は、第１通信部２２が使用され（Ｓ１０のＹ）、開状態であれば（Ｓ１２のＹ）、リアクタンス値「ｘ１」を可変リアクタンス素子３６に設定する（Ｓ１６）。制御部２４は、開状態でなければ（Ｓ１２のＮ）、リアクタンス値「ｘ３」を可変リアクタンス素子３６に設定する（Ｓ１８）。制御部２４は、第１通信部２２が使用されず（Ｓ１０のＮ）、開状態であれば（Ｓ１４のＹ）、リアクタンス値「ｘ２」を可変リアクタンス素子３６に設定する（Ｓ２０）。制御部２４は、開状態でなければ（Ｓ１４のＮ）、リアクタンス値「ｘ４」を可変リアクタンス素子３６に設定する（Ｓ２２）。
【００２９】
本実施例によれば、端末装置の状態に応じて、リアクタンス値を変更するので、状態にかかわらず素子間相互結合の影響を低減できる。また、素子間相互結合の影響が低減されるので、端末装置の状態にかかわらず通信品質を向上できる。また、状態に応じてリアクタンス値を予め記憶し、そのときの状態に応じてリアクタンス値を選択するので、条件の変化が生じた場合であっても、インピーダンス整合の再調整を簡易に実行できる。また、使用されている周波数帯に応じてリアクタンス値を変更するので、使用されている周波数帯に適したリアクタンス値を設定できる。また、形状に応じてリアクタンス値を変更するので、形状に適したリアクタンス値を設定できる。
【００３０】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、実施例および変更例同士の組合せ、もしくは、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３１】
本発明の実施例において、アンテナ素子３２は、ふたつ備えられている。しかしながらこれに限らず例えば、アンテナ素子３２は、３つ以上備えられていてもよい。本変形例によれば、アンテナ素子３２の増加によって、通信品質を改善できる。
【００３２】
本発明の実施例において、ふたつのアンテナ素子３２のそれぞれに対応するように導体３４が備えられている。つまり、ふたつの導体３４が備えられている。しかしながらこれに限らず例えば、複数のアンテナ素子３２のうちの少なくともひとつに対応するように導体３４が備えられてもよい。つまり、導体３４の数がアンテナ素子３２の数よりも少なくてもよい。本変形例によれば、リアクタンス値を設定すべき可変リアクタンス素子３６の数が少なくなるので、処理量および記憶量を低減できる。
【００３３】
本発明の実施例において、第１通信部２２と第２通信部２６とは、別の通信システムであるとする。しかしながらこれに限らず例えば、第１通信部２２と第２通信部２６とは、同一の通信システムであってもよい。その際、第１通信部２２において使用される周波数帯と第２通信部２６において使用される周波数帯とが異なっていればよい。本変形例によれば、さまざまな通信システムに本発明を適用できる。
【００３４】
本発明の実施例において、端末装置１００は、ヒンジ１４を有しており、折りたたみ可能な形状を有する。しかしながらこれに限らず例えば、端末装置１００は、ヒンジ１４の代わりにスライド機構を備えていてもよい。図１（ｂ）のように第１筐体１０と第２筐体１２とが重ねられている場合に、両者の間にスライド機構が設けられ、第１筐体１０と第２筐体１２とがずれるように、端末装置１００は変形する。本変形例によれば、さまざまな形状の端末装置１００に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例に係る端末装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の第２筐体の構成を示す図である。
【図３】図２の記憶部に記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。
【図４】図２の制御部による設定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  第１筐体、  １２  第２筐体、  １４  ヒンジ、  １６  モニタ、  １８  ボタン、  ２０  グランド領域、  ２２  第１通信部、  ２４  制御部、  ２６  第２通信部、  ２８  検出部、  ３０  ＲＦ部、  ３２  アンテナ素子、  ３４  導体、  ３６  可変リアクタンス素子、  ３８  基板、  ４０  受付部、  ４２  記憶部、  ４４  特定部、  ４６  指示部、  １００  端末装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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