JP4274904B2 - Antenna device and communication terminal - Google Patents
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Description
本発明は、携帯端末機器などに適用するアンテナ装置及びそのアンテナ装置を備えた通信端末に関する。 The present invention relates to an antenna device applied to a mobile terminal device and the like and a communication terminal including the antenna device .
携帯電話機や携帯情報端末などの携帯端末に搭載するアンテナは、装置の小型化に伴い、小型軽量であることが要求される。しかし、アンテナを小型化すると、放射抵抗が小さくなることに起因するアンテナ効率の劣化が問題になる。同時にQ値が高くなるためアンテナの比帯域幅が狭くなるという問題もあり、アンテナ素子の小型化には限界がある。 An antenna mounted on a portable terminal such as a cellular phone or a portable information terminal is required to be small and light as the apparatus is miniaturized. However, when the antenna is miniaturized, degradation of antenna efficiency due to a decrease in radiation resistance becomes a problem. At the same time, since the Q value is increased, there is a problem that the specific bandwidth of the antenna is reduced, and there is a limit to downsizing the antenna element.
また、携帯電話機などに搭載されるアンテナの多くが電気長λ/4系を利用し、回路基板をアンテナの地導体として利用している。このため、例えば、回路基板が上下に分断されている二つ折りの携帯電話機などでは、携帯電話機筐体の閉じ開きの状態によって、アンテナ特性が変動する。更に、アンテナを筐体内に内蔵化した場合、使用者が携帯電話機を手に持ったり、通話時にアンテナ素子に人体の頭部や指が近接するためインピーダンスが変化する。このように携帯電話機などの携帯端末に内蔵する小型アンテナにおいては、これらの要因によるアンテナ特性の変動が問題となっている。 In addition, many antennas mounted on mobile phones and the like use the electrical length λ / 4 system, and circuit boards are used as antenna ground conductors. For this reason, for example, in a two-fold cellular phone in which the circuit board is divided vertically, the antenna characteristics fluctuate depending on whether the cellular phone casing is closed or opened. Furthermore, when the antenna is built in the housing, the impedance changes because the user holds the mobile phone in his hand or the head or finger of the human body comes close to the antenna element during a call. As described above, in a small antenna built in a portable terminal such as a cellular phone, variation in antenna characteristics due to these factors is a problem.
一方、近年では、デュアルモード対応など、複数の周波数帯に対応した携帯端末の開発が盛んであり、複数の周波数帯に対応できるアンテナが必要になっている。そのため、これらの携帯端末に搭載するアンテナ装置には、アンテナの共振周波数の切り替え機能が求められている。 On the other hand, in recent years, development of portable terminals that support a plurality of frequency bands, such as dual mode, has been actively developed, and an antenna that can support a plurality of frequency bands is required. Therefore, the antenna device mounted on these portable terminals is required to have a function of switching the resonance frequency of the antenna.
また、アンテナの内部回路である、RF(Radio Frequency:高周波)回路の送信部で使用される増幅器(パワーアンプ)は、アンテナへの出力インピーダンスによって消費電力やひずみ特性が変動することが問題になる。そのため、従来はアンテナとパワーアンプとの間にアイソレータを挿入してアンテナの入力インピーダンスの負荷変動を低減していたが、アイソレータの通過損失が大きいため、パワーアンプの最大出力をその分大きくしなくてはならないなどの問題があった。近年は、特にパワーアンプの消費電力を低減するため、負荷変動量が多少大きくても、より通過損失の少ない部品や回路構成を適用することが検討されており、アンテナに対しては、パワーアンプの出力インピーダンス(即ち、アンテナからの入力インピーダンス)の変動が少ないアンテナが要求されている。 In addition, an amplifier (power amplifier) used in a transmission unit of an RF (Radio Frequency) circuit, which is an internal circuit of the antenna, has a problem that power consumption and distortion characteristics fluctuate depending on an output impedance to the antenna. . Therefore, in the past, an isolator was inserted between the antenna and the power amplifier to reduce the load fluctuation of the input impedance of the antenna. However, since the passing loss of the isolator is large, the maximum output of the power amplifier is not increased accordingly. There was a problem that it should not be. In recent years, in order to reduce the power consumption of power amplifiers in particular, it has been studied to apply parts and circuit configurations with less passage loss even if the amount of load fluctuation is somewhat large. Therefore, there is a demand for an antenna with less fluctuation in output impedance (that is, input impedance from the antenna).
従来、これらの問題や要求に対応するため、アンテナに接続される回路を工夫して、携帯電話機の状態(開閉状態や通信状態など)をなんらかの方法で検出し、アンテナの共振周波数を任意に切り替える手段を備えるアンテナ装置が知られている。 Conventionally, in order to cope with these problems and requirements, the circuit connected to the antenna is devised, the state of the mobile phone (opening / closing state, communication state, etc.) is detected by some method, and the resonance frequency of the antenna is arbitrarily switched. An antenna device provided with means is known.
特許文献1には、アンテナとアンテナ回路の間にインピーダンス整合を可変にできるスイッチ回路を直列に設ける構成が開示されている。図12に従来のアンテナ装置の構成を説明するブロック図を示す。従来のアンテナ装置では、送受信する際のインピーダンス整合をとるために、アンテナ21に接続する整合回路22を設け、整合回路22に伝送線路23を接続し、図示していない送信系又は受信系の回路に接続する送受分波器28に接続する構成としていた。即ち、アンテナ21と送信系又は受信系回路に接続する送受分波器28との間は、整合回路22と伝送線路23が直列に接続する構成としていた。なお、伝送線路23と送受分波器28との間には、RF(Radio Frequency)出力の検査などに用いる外部RF出力コネクタ26との切り替えを行うスイッチ27を設けている。
これに対して、特許文献1に開示されているアンテナ装置の構成を図13に示す。本例では、図12に示した従来のアンテナ装置に対して、アンテナが人体に近接するなどして生じるインピーダンスの変動を調整するための整合回路24と、送信電力が最大になる整合回路を選択して切り替えを行うスイッチ25を備え、それらをアンテナ21と送受分波器28との間に直列に接続している。
On the other hand, the configuration of the antenna device disclosed in
また、特許文献2には、アンテナの給電点とアンテナ素子に接続する線路において、インピーダンスを可変にするための切り替えスイッチを並列に設ける構成が開示されている。
しかし、上記従来のアンテナと送信系又は受信系回路との間にインピーダンス整合を可変にできるスイッチを直列に設ける構成では、スイッチ回路の通過損失が発生する。例えば、汎用のガリウムヒ素のスイッチ、SP3T(入力1系統、出力3系統のスイッチ)では、50Ω系で使用した場合に、0.4〜0.6dB程度の通過損失が発生する。また、図13に示したように、アンテナ21にスイッチ25が直接接続しているため、数Ω程度の放射抵抗しかない小型アンテナを適用した場合には、等価的にスイッチの通過損失が大きくなり、数dB程度アンテナ特性が劣化する懸念がある。
However, in a configuration in which a switch capable of varying impedance matching is provided in series between the conventional antenna and the transmission system or the reception system circuit, a passage loss of the switch circuit occurs. For example, a general-purpose gallium arsenide switch, SP3T (one input system, three output switch), causes a passage loss of about 0.4 to 0.6 dB when used in a 50Ω system. Further, as shown in FIG. 13, since the switch 25 is directly connected to the
また、インピーダンスを可変にするための切り替えスイッチを並列に設ける構成では、直列にスイッチを設けるよりもスイッチの負荷による損失が低減できそうであるが、スイッチの抵抗成分が十分に小さくないガリウムヒ素のスイッチなどを適用する場合、直列にスイッチを接続するよりも、さらに損失が大きくなる。これを防ぐために、抵抗成分が小さいPINダイオード(Positive Intrinsic Negative diode)などを使用する案もあるが、その場合、送信時にダイオードの帰還電流によりひずみや発振などの現象が発生する。また、PINダイオードの抵抗成分をアンテナ特性への影響が小さくなる1〜2Ω程度に低減しようとすると、バイアスの電流を1〜2mA程度にする必要がある。ミリアンペアオーダの消費電流は、現状の携帯電話機のバッテリ容量を考慮すると、少なからず消費電力に影響があり、特に低消費電力の回路構成が要求される待ち受け時などに使用することは現実的ではない。 Further, in the configuration in which the changeover switch for making the impedance variable is provided in parallel, the loss due to the load of the switch is likely to be reduced as compared with the case where the switch is provided in series, but the resistance component of the switch is not sufficiently small. When a switch or the like is applied, the loss becomes even larger than when the switch is connected in series. In order to prevent this, there is a plan to use a PIN diode (Positive Intrinsic Negative Diode) having a small resistance component, but in that case, a phenomenon such as distortion or oscillation occurs due to the feedback current of the diode during transmission. Further, if the resistance component of the PIN diode is to be reduced to about 1 to 2Ω, which has a small influence on the antenna characteristics, the bias current needs to be about 1 to 2 mA. Considering the battery capacity of current mobile phones, the current consumption of milliampere order has a significant impact on power consumption, and it is not practical to use it especially when the circuit configuration with low power consumption is required. .
このように、従来の携帯端末のアンテナ装置には、小型化に伴う通過損失の増大と、それによるアンテナ特性の劣化が問題となっていた。 As described above, the conventional portable terminal antenna apparatus has a problem of an increase in passage loss due to downsizing and deterioration of antenna characteristics due to the increase.
本発明の目的は、従来のアンテナ装置及び回路構成を大きく変更することなく、送受信アンテナに対応可能で、かつ低消費電力な構成で従来のアンテナ特性を犠牲にすることなく、アンテナの共振周波数を切り替えることが可能なアンテナ装置を実現することである。 It is an object of the present invention to reduce the resonance frequency of an antenna without sacrificing the conventional antenna characteristics in a configuration that can support a transmission / reception antenna without greatly changing the conventional antenna device and circuit configuration and that has low power consumption. It is to realize an antenna device that can be switched.
上記課題を解決するため、本発明は、アンテナに接続した第1の整合回路と、第1の整合回路と一端が接続され、位相を調整する位相手段として機能する伝送線路と、伝送線路の他端に一端を接続する周波数切り替え用の第2の整合回路を備え、伝送線路の他端と、第2の整合回路の他端とのいずれか一方を選択して送信系/又は受信系回路に接続する切り替えスイッチとを備え、第1の整合回路と前記伝送線路とで、インピーダンス特性の軌跡を等レジスタンス線上に描くように位相を調整する構成とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first matching circuit connected to an antenna, a transmission line connected to the first matching circuit and one end and functioning as phase means for adjusting the phase, and other transmission lines . A second matching circuit for switching the frequency that connects one end to the end, and selects either the other end of the transmission line or the other end of the second matching circuit as a transmission system / reception system circuit. e Bei a changeover switch which connects, in a first matching circuit and said transmission line, and configured to adjust the phase so as to draw a locus of impedance characteristics on the equal resistance line.
これにより、アンテナ回路のスイッチの数を増やさなくて済むため、アンテナ性能を犠牲にすることなくアンテナの共振周波数の切り替えを実現できる。 As a result, it is not necessary to increase the number of switches in the antenna circuit, and switching of the resonance frequency of the antenna can be realized without sacrificing the antenna performance.
また、任意のスイッチ制御によって周囲環境、条件に応じて切り替えることにより、アンテナ性能を向上できる。 Moreover, antenna performance can be improved by switching according to surrounding environment and conditions by arbitrary switch control.
また、アンテナのインピーダンス特性の変動を低減することができるため、アンテナ回路のパワーアンプからの出力インピーダンスの負荷変動を低減できる。 In addition, since fluctuations in the impedance characteristics of the antenna can be reduced, load fluctuations in the output impedance from the power amplifier of the antenna circuit can be reduced.
本発明により、簡単な構成で、従来のアンテナ及び回路構成を大きく変更することなく、アンテナの共振周波数を切り替えるスイッチを付加する回路を実現できる。また、アンテナの性能向上、小型化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize a circuit that adds a switch for switching the resonance frequency of an antenna with a simple configuration and without greatly changing the conventional antenna and circuit configuration. Further, the antenna performance can be improved and the size can be reduced.
また、アンテナのインピーダンス特性の変動を低減することにより、アンテナ回路のパワーアンプからの出力インピーダンスの負荷変動を低減できるため、アンテナとパワーアンプ間のアイソレータなどの部品をより簡易かつ損失の少ないものにできるため、アンテナ回路の小型化と低消費電力化に貢献できる。 In addition, by reducing fluctuations in the impedance characteristics of the antenna, load fluctuations in the output impedance from the power amplifier of the antenna circuit can be reduced, making parts such as an isolator between the antenna and the power amplifier simpler and less lossy. As a result, the antenna circuit can be reduced in size and power consumption.
以下、本発明の実施の形態を図1〜図11を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の第1の実施の形態によるアンテナ装置が内蔵された通信端末の構成例を図1に示す。図1は、回路基板11上にアンテナ装置を構成した例を示している。回路基板11上にアンテナ1を平面状に形成し、アンテナ1に接続する給電線12に第1の整合回路2を接続する。第1の整合回路2には伝送線路3が接続してあり、伝送線路3は途中の分岐点13で二つに分岐し、分岐した一方の線路は共振周波数切り替え用の第2の整合回路5に接続する。第2の整合回路5の他端はスイッチ7の第1の固定接点14に接続し、分岐点13で分岐した他方の線路はスイッチ7の第2の固定接点15に直接接続するよう構成する。また、スイッチ7には外部RF出力コネクタ6へ接続する第3の固定接点16も設けてあり、外部アンテナへの接続や、RF出力の検査を行えるようにしている。一方、スイッチ7の可動接点17は送受分波器8の一端に接続する。送受分波器8の他端には、送信系の回路と受信系の回路を接続する構成としてあり、送信系の回路にはパワーアンプ10を接続する。なお、受信系の回路には図示していないが、LNA(Low Noise Amplifier)を接続する。
FIG. 1 shows a configuration example of a communication terminal in which the antenna device according to the first embodiment of the present invention is built. FIG. 1 shows an example in which an antenna device is configured on a circuit board 11. The
このように、スイッチ7は1つの可動接点17と3つの固定接点14〜16を持つ構成とし、送信系又は受信系回路に接続する可動接点17と固定接点14〜16とを選択的に切り替えることができる。スイッチ7には、その切り替えを制御するためのスイッチ制御回路9を接続してあり、スイッチ制御回路9によって、周囲の環境状態や条件に応じた共振周波数の切り替えを行う。
In this way, the switch 7 has a configuration having one
本例において、送受分波器8として示している装置には、送信系の回路と受信系の回路を接続してあり、それらの送受信の電波を分波する機能を持つものとしているが、送受信回路の切り替え機能を持つスイッチとしてもよい。また、送受分波器8に接続する回路を、異なる通信方式の送受信を行う複数の回路として構成してもよく、その場合は、送受分波器8を通信方式の切り替えスイッチの機能を持つものとして構成してもよい。また、通信端末として送信系と受信系のいずれか一方だけを備えた構成である場合には、送受分波器8を省略して、直接送信系又は受信系に接続すればよい。
In this example, the transmission /
また、本例において、第2の整合回路は、コンデンサ(C)やインダクタ(L)を用いて構成する。整合回路の構成は、アンテナ装置の所望の共振周波数や使用条件などに応じて、適切な回路を組むようにすればよい。 In this example, the second matching circuit is configured using a capacitor (C) and an inductor (L). As for the configuration of the matching circuit, an appropriate circuit may be assembled in accordance with a desired resonance frequency of the antenna device, usage conditions, and the like.
図2に本発明の第1の実施の形態による装置の構成例を示すブロック図を示す。図2を用いて、本例の動作について説明する。本装置では、スイッチ7の切り替え操作により、第1の整合回路2のみを介して回路に接続する第1の経路aと、第1の整合回路2と第2の整合回路5を介して回路に接続する第2の経路bと、外部RF出力コネクタと回路を接続する第3の経路cの3つの経路を実現することができる。そして、予め、第1の経路aでは、ある周波数帯に共振するように第1の整合回路2を調整し、第2の経路bでは、別の周波数帯に共振するように第1の整合回路2と第2の整合回路5を調整しておく。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an apparatus according to the first embodiment of the present invention. The operation of this example will be described with reference to FIG. In this apparatus, by switching operation of the switch 7, the first path a connected to the circuit via only the
まず、本装置を用いて電波を受信する場合について説明する。初期状態として、スイッチ7の切り替え状態は、第2の固定接点15と可動接点17とを接続した状態とし、第1の経路aを構成する。アンテナ1で受信した電波は、まず第1の整合回路2を介すことによりインピーダンスの整合を取る。次に、第1の整合回路2に接続する伝送線路3を通って、スイッチ7の第2の固定接点15に入力し、可動接点17から送受分波器8に伝わり、受信系の回路に入力する。このように、まず第2の整合回路5を介さない状態で電波を受信する。次に、スイッチ制御回路9にて電波の受信状態を検出し、その状態に応じて、スイッチの切り替えを行うか否かを判断し、必要があればスイッチ7に対して切り替え制御を行う。例えば、送受分波器8へ入力する線路の電力を計測し、その値が設計上の周波数特性を維持するのに必要な値から一定値以上減少した場合は、スイッチ7を切り替え、第1の固定接点14と可動接点17とを接続し、第2の経路bへ接続変更する。このように切り替えることにより、第2の整合回路5を介して電波を受信系の回路へ伝達するため、インピーダンス整合がとれるようになり、共振周波数を切り替えることができる。
First, a case where radio waves are received using this apparatus will be described. As an initial state, the switching state of the switch 7 is a state in which the second fixed
第1の経路aを設定させた場合と第2の経路bを設定させた場合のアンテナ特性としては、例えば本例の通信装置が、2つ折りできる形状のいわゆる折り畳み型携帯電話端末である場合に、第1の経路aを折り畳んだ状態に適したアンテナ特性とし、第2の経路bを開いた状態に適したアンテナ特性とする。 As antenna characteristics when the first route a is set and when the second route b is set, for example, when the communication device of this example is a so-called foldable mobile phone terminal that can be folded in two. The first path a has an antenna characteristic suitable for a folded state, and the second path b has an antenna characteristic suitable for an open state.
この場合、上述したように電波の受信状態の判断に基づいて切り替えスイッチ7を切り替えるようにしてもよいが、端末が折り畳んだ状態のとき第1の経路aとなるように制御し、端末が開いた状態のとき第2の経路bとなるように制御してもよい。 In this case, as described above, the change-over switch 7 may be switched based on the determination of the reception state of the radio wave. However, when the terminal is in the folded state, control is performed so that the first path a is established, and the terminal opens. It may be controlled so as to be the second path b in the state.
なお、上記説明では、初期状態のスイッチ7の切り替え状態としては、第1の経路aを設定したが、アンテナ装置の使用条件などによって他の経路を設定してもよい。 In the above description, the first path a is set as the switching state of the switch 7 in the initial state, but other paths may be set depending on the use conditions of the antenna device.
また、電波を送信する場合については、送信系のアンテナ回路からパワーアンプ10を通して電波を発信し、送受分波器8を介してスイッチ7の可動接点17に入力する。スイッチ7は、可動接点17と第1の固定接点14又は第2の固定接点15とを接続し、第1の経路aまたは第2の経路bを通ってアンテナ1から電波を送信する。スイッチ制御回路9は、例えば、アンテナの送信電力などを計測し、その値をもとに送信電力がより大きい経路に切り替える。
In the case of transmitting a radio wave, the radio wave is transmitted from the transmitting antenna circuit through the
このように、共振周波数の切り替えのために回路を切り替えた場合でも、アンテナ1から送受分波器8までの回路上には、常にスイッチ7が1つだけ存在することになるため、スイッチの負荷による通過損失を増大させることはない。更に、アンテナ1からスイッチ7までの伝送線路3を位相器として整合回路の一部として使用することができるため、アンテナ1から送受分波器8までの損失をトータルで考慮できる構成となっている。従来は伝送線路があることにより位相が変化し、所望の周波数切り替えができないという問題があったが、伝送線路をアンテナの共振周波数を切替え易いようにするための位相器として使用するため、共振周波数の切り替えが容易にできる。また、この伝送線路は従来のアンテナ装置でも用いているため、位相器として使用しても損失は変わらない。
In this way, even when the circuit is switched for switching the resonance frequency, only one switch 7 is always present on the circuit from the
次に、本発明の第2の実施の形態による装置の構成例を示すブロック図を図3に示す。本例では、アンテナ1に第1の整合回路2を接続し、第1の整合回路2に接続する伝送線路3には予備の位相器4を接続するよう構成する。その予備の位相器4の後に分岐点13を配置し、二つに分岐する。分岐した一方の線路は、共振周波数切り替え用の第2の整合回路5を介してスイッチ7の第1の固定接点14に接続するよう構成し、分岐した他方の線路は、スイッチ7の第2の固定接点15に直接接続するように構成する。また、スイッチ7には外部RF出力コネクタ6へ接続する第3の固定接点16を設ける。一方、スイッチ7の可動接点17は送受分波器8の一端に接続する。送受分波器8の他端には、送信系の回路と受信系の回路を接続する構成としてあり、送信系の回路にはパワーアンプ10を接続する。このように、スイッチ7は、送信系又は受信系回路に接続する可動接点17と固定接点14〜16とを選択的に切り替えることができ、その切り替えを制御するためのスイッチ制御回路9を接続してある。
Next, FIG. 3 shows a block diagram showing a configuration example of an apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this example, the
このように、本例では、伝送線路3に予備の位相器4を接続したあとで線路を分岐し、分岐した一方の線路には第2の整合回路5を直列に配置してスイッチ7に接続する構成としている。
As described above, in this example, after the
本発明の第2の実施の形態による装置の適用例を示す説明図を図4に示す。回路基板11上に平面状のアンテナ1を形成し、アンテナ1の端部に位置する給電点18から給電する。給電点18から伝送線路3が接続してあり、伝送線路3の他端にはスイッチ7が接続する構成としてある。この伝送線路3は位相器として機能し、例えばインピーダンス50Ωで長さ25mmの同軸ケーブルを用いて構成する。このような構成とした場合の、アンテナのインピーダンス特性を表すスミスチャートを図5〜図7に示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an application example of the apparatus according to the second embodiment of the present invention. A
図5は、給電点18側からみた場合のアンテナのインピーダンス特性を表す軌跡を示す。通常の小型アンテナはほぼ同様の軌跡を示している。次に、図6に、スイッチ7側からみた場合のアンテナのインピーダンス特性を表す軌跡を示す。本例では、伝送線路3が第1の整合回路2とともに位相器の働きをするため、軌跡が時計回りに回転し、インピーダンス特性の軌跡を等レジスタンス線上に描くように調整することができる。その調整の働きを持つものが、図3に示した予備の位相器4である。予備の位相器4は、第1の整合回路2と伝送線路3により変動したインピーダンス特性の軌跡を等レジスタンス線上に描くように調整する。この時の共振周波数は934MHzであったとする。この状態で図3に示した第2の整合回路5を接続した場合のスイッチ7側からみたインピーダンス特性の軌跡を表すスミスチャートを図7に示す。この例では、インピーダンス特性はほぼ同じで、共振周波数のみ975MHzに変更することができる。
FIG. 5 shows a locus representing the impedance characteristics of the antenna when viewed from the feeding point 18 side. Ordinary small antennas have almost the same trajectory. Next, FIG. 6 shows a locus representing the impedance characteristics of the antenna when viewed from the switch 7 side. In this example, since the
このように、本実施の形態によれば、第1の整合回路と、伝送線路を兼ねた位相器及び予備の位相器によりインピーダンス特性の軌跡が等レジスタンス上になるように調整することができ、それにより、第2の整合回路として直列に素子を入れることで、容易に共振周波数を切り替えることが可能となる。整合回路を直列の素子だけで構成できることで、調整が容易で、通過損失を削減することができる。 Thus, according to the present embodiment, the first matching circuit, the phase shifter that also serves as the transmission line, and the spare phase shifter can be adjusted so that the locus of the impedance characteristic is on an equal resistance, Accordingly, the resonant frequency can be easily switched by inserting elements in series as the second matching circuit. Since the matching circuit can be configured with only series elements, adjustment is easy and the passage loss can be reduced.
次に、図8に本発明の第3の実施の形態による装置の構成を示すブロック図を示す。本実施の形態では、伝送線路を3つに分岐する。本例では、伝送線路3をまず分岐点13で分岐し、分岐した1つの線路は整合回路を介さずに直接スイッチ7´の固定接点15に接続する。分岐したもう一方の線路は、更に分岐点13´で分枝し、それぞれ異なる第2の整合回路51と第3の整合回路52を介してスイッチ7´の固定接点19と14に接続するように構成する。なお、分岐点13と分岐点13´は1つの分岐点にまとめてもよい。
Next, FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of an apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the transmission line is branched into three. In this example, the
第2の整合回路51と第3の整合回路52は、それぞれ異なる共振周波数になるよう設計、調整しておき、スイッチ制御回路9によってそれらの切り替えを行うことで、アンテナの共振周波数を3つに切替えることが可能となる。このように、伝送線路の分岐数を増やし、スイッチの切り替え接点を増やすことにより、携帯端末の置かれる環境や折り畳み型携帯電話端末の筐体を折り畳んだ状態や開いた状態に合わせて切り替えることによって、アンテナ特性をより最適化することができる。
The
図9に、本発明の第4の実施の形態による装置の構成を示すブロック図を示す。本例では、第1の整合回路2´及び第2の整合回路5´を直列のインダクタンスで構成する。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of an apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In this example, the
アンテナ素子を小型にした場合、多くはアンテナの共振長を稼ぐために、整合回路に直列のインダクタを付加する。しかし、直列のインダクタは使用するインダクタンスの値が大きくなると通過損失が大きくなり、アンテナ効率が劣化することが問題になる。一方、インダクタンスの値が小さいと十分な共振長が得られず、設計値よりも高い周波数でアンテナが共振するという現象が発生する。そこで、本例においては、スイッチ7で共振周波数の高低の切り替えを行う場合、低い周波数の場合にはインダクタを大きく、高い周波数の場合はインダクタを小さく調整する。 When the antenna element is reduced in size, in many cases, a series inductor is added to the matching circuit in order to increase the resonance length of the antenna. However, a series inductor has a problem that the passage loss increases as the inductance value used increases, and the antenna efficiency deteriorates. On the other hand, if the inductance value is small, a sufficient resonance length cannot be obtained, and a phenomenon occurs in which the antenna resonates at a frequency higher than the design value. Therefore, in this example, when the resonance frequency is switched by the switch 7, the inductor is adjusted to be large when the resonance frequency is low, and the inductor is adjusted to be small when the resonance frequency is high.
本例では、スイッチ7の切り替え操作により、第1の整合回路2´のみを介して送信系又は受信系回路に接続する第1の経路と、第1の整合回路2´と第2の整合回路5´を介して送信系又は受信系回路に接続する第2の経路の2つの経路を、共振周波数の切り替えに用いる。ここで、第1の整合回路2´のみを介してスイッチの固定接点15に接続する第1の経路を共振周波数が高い方に割り当てた場合、第1の整合回路2´におけるインダクタの値は小さくできるため、アンテナ効率を向上できる。
In this example, the first path connected to the transmission system or the reception system circuit only through the
このように、共振周波数の高低の切り替えを行うアンテナ装置において、特に高い共振周波数で使用する場合の整合回路の損失を低減し、アンテナ効率を向上させることができる。 As described above, in the antenna device that switches the resonance frequency between high and low, the loss of the matching circuit particularly when used at a high resonance frequency can be reduced, and the antenna efficiency can be improved.
図10に本発明の第5の実施の形態による装置の構成を示すブロック図を示す。本実施の形態では、アンテナ1に第1の整合回路2を接続し、第1の整合回路2には伝送線路3を接続する。伝送線路3は途中の分岐点13で二つに分岐し、分岐した一方の線路は共振周波数切り替え用の第2の整合回路5に接続し、第2の整合回路5の他端はスイッチ30の第1の固定接点14に接続する。分岐点13で分岐した他方の線路は、スイッチ30の第2の固定接点15に直接接続するよう構成する。一方、スイッチ30の第1の可動接点31は、パワーアンプ10と接続し、パワーアンプ10の他端は送信系の回路へ接続する構成とする。更に、スイッチ30の第2の可動接点32は受信系の回路と接続する構成とする。スイッチ30は、固定接点14、15と可動接点31、32とを選択的に切り替えることができ、スイッチ30に接続するスイッチ制御回路9は、その切り替えを制御する。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
このように構成することで、スイッチ30は、送信系又は受信系を切り替える切り替え機能を備え、同時に整合回路の切り替えによる、周波数切り替えも行うことができる。 With this configuration, the switch 30 has a switching function for switching between a transmission system and a reception system, and can also perform frequency switching by switching the matching circuit at the same time.
次に、図11に本発明の第6の実施の形態による装置の構成を示すブロック図を示す。本実施の形態では、図10で説明したスイッチ30に、更に外部RF出力コネクタ6へ接続する第3の固定接点16を設けた構成とする。このように構成することで、スイッチ30は、固定接点14、15、16と可動接点31、32とを選択的に切り替えることができる。
Next, FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the switch 30 described in FIG. 10 is further provided with a third
なお、以上説明した各実施の形態において、伝送線路を回路基板上のストリップラインで構成してもよい。それにより、低コストでかつ、簡易にその電気長を調整できる。 In each of the embodiments described above, the transmission line may be constituted by a strip line on a circuit board. Thereby, the electrical length can be easily adjusted at low cost.
また、伝送線路を同軸ケーブルで構成してもよい。その場合、例えば折り畳み型携帯電話端末において、アンテナと送信系または受信系の回路が別の基板に実装された場合でも、以上説明した実施の形態の適用が可能になる。 Moreover, you may comprise a transmission line with a coaxial cable. In that case, for example, in the case of a foldable mobile phone terminal, the embodiment described above can be applied even when an antenna and a transmission system or reception system circuit are mounted on different substrates.
また、伝送線路の特性インピーダンスを非50Ω系で構成することも可能である。非50Ω系で構成することにより、スイッチの手前からアンテナ側をみた入力インピーダンス特性の設計自由度を向上させることができる。更に、設計によっては、第1の整合回路をなくすことが可能になり、回路の小型化と低コスト化が図れる。 It is also possible to configure the characteristic impedance of the transmission line in a non-50Ω system. By configuring with a non-50Ω system, it is possible to improve the design freedom of the input impedance characteristics when the antenna side is viewed from the front of the switch. Further, depending on the design, the first matching circuit can be eliminated, and the circuit can be reduced in size and cost.
また、以上説明した各実施の形態において、アンテナの共振周波数を切り替えるためのスイッチをガリウムヒ素スイッチやマイクロマシンスイッチで構成することができる。ガリウムヒ素スイッチを用いた場合は、送受信のいずれにおいても使用でき、高速な切り替え応答が可能で低消費電力である。マイクロマシンスイッチを用いた場合には、極めて通過損失の少なく、高いアイソレーションを持ったスイッチを構成でき、より多段の切り替えスイッチを適用することが可能となる。 In each of the embodiments described above, the switch for switching the resonance frequency of the antenna can be constituted by a gallium arsenide switch or a micromachine switch. When a gallium arsenide switch is used, it can be used for both transmission and reception, and a high-speed switching response is possible and low power consumption. When a micromachine switch is used, it is possible to construct a switch with very little passage loss and high isolation, and it is possible to apply a multistage changeover switch.
また、アンテナに接続するスイッチの接点のうち、非選択時にアンテナ側からみたスイッチの入力インピーダンスがオープンに調整されていることを特徴とするスイッチを用いる構成も可能である。これにより、スイッチの非選択側のインピーダンス特性によるアンテナ特性の調整が不要となる。 Further, among the contact points of the switch connected to the antenna, a configuration using a switch characterized in that the input impedance of the switch viewed from the antenna side when not selected is adjusted to open is also possible. This eliminates the need to adjust the antenna characteristics by the impedance characteristics on the non-selected side of the switch.
また、以上説明した実施の形態による構成は、チップ化することができる。チップ化する場合は、アンテナ素子に接続する給電点から切り替えスイッチまでの直列回路部分を対象として1つの回路素子として構成することができる。これにより、装置を更に小型化することが可能となる。 Further, the configuration according to the embodiment described above can be formed into a chip. In the case of chip formation, a series circuit portion from a feeding point connected to an antenna element to a changeover switch can be configured as one circuit element. Thereby, it is possible to further reduce the size of the apparatus.
また、上述した実施の形態では、経路の切り替えによるアンテナ特性の変化として、折り畳み型の端末を折り畳んだ場合の特性と、端末を開いた場合の特性とに設定することについて説明したが、その他の2状態(又は3状態)の状態の変化に応じた特性を設定しても良い。例えば、第1の経路aを、携帯電話端末で通話をしていない状態に適したアンテナ特性とし、第2の経路bを、通話中の状態に適したアンテナ特性としても良い。また、第3の実施の形態で説明したように、3段階に切り替える場合には、端末の折り畳み状態、開いた状態、通話中の状態を組み合わせて、3段階に切り替えるようにしても良い。 In the above-described embodiment, the antenna characteristics change due to the path switching has been described as setting the characteristics when the folding terminal is folded and the characteristics when the terminal is opened. You may set the characteristic according to the change of the state of 2 states (or 3 states). For example, the first route a may be an antenna characteristic suitable for a state where a mobile phone terminal is not making a call, and the second route b may be an antenna characteristic suitable for a state during a call. Further, as described in the third embodiment, when switching to three stages, the terminal may be switched to three stages by combining a folded state, an open state, and a busy state.
1…アンテナ、2、2´…第1の整合回路、3…伝送線路、4…予備の位相器、5、5´…第2の整合回路、6…外部RF出力コネクタ、7、7´…スイッチ、8…送受分波器、9…スイッチ制御回路、10…パワーアンプ、11…回路基板、12…給電線、13、13´…分岐点、14、15、16…スイッチの固定接点、17…スイッチの可動接点、18…給電点、19…スイッチの固定接点、21…アンテナ、22…整合回路、23…伝送線路、24…整合回路、25…スイッチ、26…外部RF出力コネクタ、27…スイッチ、28…送受分波器、30…スイッチ、31、32…スイッチの可動接点、51…第2の整合回路、52…第3の整合回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記アンテナと一端が接続され、所定のインピーダンス特性に整合を行う第1の整合回路と、
前記第1の整合回路の他端と一端とが接続され、位相を調整する位相調整手段として機能する伝送線路と、
前記伝送線路の他端に一端が接続される第2の整合回路と、
前記第2の整合回路の他端と、前記伝送線路と前記第2の整合回路の接続点とのいずれか一方を選択して、送信系回路及び/又は受信系回路と接続させる切り替えスイッチとを備え、
前記第1の整合回路と前記伝送線路とで、インピーダンス特性の軌跡を等レジスタンス線上に描くように位相を調整する
アンテナ装置。 An antenna,
A first matching circuit which is connected to the antenna and one end and performs matching to a predetermined impedance characteristic;
A transmission line connected to the other end and one end of the first matching circuit and functioning as a phase adjusting means for adjusting the phase ;
A second matching circuit having one end connected to the other end of the transmission line;
A changeover switch for selecting one of the other end of the second matching circuit and a connection point between the transmission line and the second matching circuit and connecting the transmission system circuit and / or the reception system circuit; Prepared,
An antenna device that adjusts a phase so that a locus of an impedance characteristic is drawn on an equal resistance line between the first matching circuit and the transmission line .
前記送信系回路及び前記受信系回路は、異なる通信方式用の複数の送信系回路及び受信系回路を備え、
前記通信方式に応じて、前記切り替えスイッチを切り替える構成とした
アンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein
The transmission system circuit and the reception system circuit include a plurality of transmission system circuits and reception system circuits for different communication systems,
An antenna apparatus configured to switch the changeover switch according to the communication method .
前記伝送線路は、基板上のストリップラインで構成した伝送線路である
アンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or 2 ,
The said transmission line is a transmission line comprised with the stripline on a board | substrate antenna apparatus.
前記伝送線路は、同軸ケーブルで構成した伝送線路である
アンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or 2 ,
The transmission line is a transmission line constituted by a coaxial cable.
前記アンテナと一端が接続され、所定のインピーダンス特性に整合を行う第1の整合回路と、A first matching circuit which is connected to the antenna and one end and performs matching to a predetermined impedance characteristic;
前記第1の整合回路の他端と一端とが接続され、位相を調整する位相調整手段として機能する伝送線路と、A transmission line connected to the other end and one end of the first matching circuit and functioning as a phase adjusting means for adjusting the phase;
前記伝送線路の他端に一端が接続される第2の整合回路と、A second matching circuit having one end connected to the other end of the transmission line;
前記第2の整合回路の他端と、前記伝送線路と前記第2の整合回路の接続点とのいずれか一方を選択して、送信系回路及び/又は受信系回路と接続させる切り替えスイッチと、A changeover switch for selecting one of the other end of the second matching circuit and a connection point between the transmission line and the second matching circuit and connecting the transmission system circuit and / or the reception system circuit;
前記切り替えスイッチで選択された系と接続される送信系回路及び受信系回路を備え、A transmission system circuit and a reception system circuit connected to the system selected by the changeover switch;
前記第1の整合回路と前記伝送線路とで、インピーダンス特性の軌跡を等レジスタンス線上に描くように位相を調整するThe phase is adjusted by the first matching circuit and the transmission line so that a locus of impedance characteristics is drawn on an equal resistance line.
通信端末。Communication terminal.
前記送信系回路及び前記受信系回路は、異なる通信方式用の複数の送信系回路及び受信系回路を備え、The transmission system circuit and the reception system circuit include a plurality of transmission system circuits and reception system circuits for different communication systems,
前記通信方式に応じて、前記切り替えスイッチを切り替える構成としたAccording to the communication method, the changeover switch is switched.
通信端末。Communication terminal.
前記伝送線路は、基板上のストリップラインで構成した伝送線路である
通信端末。 The communication terminal according to claim 5 or 6,
The transmission line is a transmission line composed of strip lines on a substrate.
Communication terminal .
前記伝送線路は、同軸ケーブルで構成した伝送線路である
通信端末。 The communication terminal according to claim 5 or 6,
The transmission line is a transmission line constituted by a coaxial cable.
Communication terminal .
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